Amino asitler tüm proteinlerin ana bileşenleridir. Proteinlerin ana işlevlerinden biri kas dokusunun büyümesi ve restorasyonudur (anabolizma).
Amino asitler tüm proteinlerin ana bileşenleridir. Proteinlerin ana işlevlerinden biri kas dokusunun büyümesi ve restorasyonudur (anabolizma).
Metabolizmanın tüm inceliklerini anlamak için proteinlerin moleküler yapısını incelemek gerekir.
Proteinlerin ve amino asitlerin yapısı
Protein karbon, hidrojen, oksijen ve nitrojenden oluşur. Ayrıca kükürt, demir, kobalt ve fosfor da içerebilir. Bu elementler protein - amino asitlerin yapı taşlarını oluşturur. Bir protein molekülü, amid veya peptid bağlarıyla birbirine bağlanan uzun amino asit zincirlerinden oluşur.
Proteinli gıdalar, çeşitliliği mevcut proteinin türüne bağlı olan amino asitler içerir. Her biri proteinin özelliklerini karakterize eden farklı amino asitlerin sonsuz sayıda kombinasyonu vardır.
Amino asitlerin farklı kombinasyonları bir proteinin özelliklerini belirlerken, tek tek amino asitlerin yapısı proteinin vücuttaki işlevini etkiler. Bir amino asit şunlardan oluşur: merkezi atom pozitif yüklü amin grubu NH'nin merkezinde bulunan karbon 2 bir ucunda negatif yüklü karboksilik asit grubu COOH diğer ucunda. Yan zincir adı verilen başka bir R grubu, amino asidin işlevini belirler.
Vücudumuz, ayrı gruplara ayrılabilen 20 farklı amino asit gerektirir. Ayrılığın ana işareti fiziksel özellikleridir.
Amino asitlerin bölündüğü gruplar aşağıdaki gibi olabilir.
1. Temel (EAA). Ayrıca vücut bunları kendi başına üretemediği için esansiyel olarak da adlandırılırlar. Bu amino asitleri yiyeceklerden alabilirsiniz.Bu grup aşağıdaki gibi amino asitleri içerir:
- histidin,
- lizin,
- fenilalanin,
- metiyonin,
- lösin,
- izolösin,
- valin,
- treonin
Esansiyel olmayan amino asitler:
- sistein,
- sistin,
- glisin,
- prolin,
- serin,
- triptofan,
- tirozin
Tüm gerekli amino asitleri içeren bir proteine tam denir. Ve buna göre eksik bir protein, ya tüm gerekli amino asitleri içermez ya da içerir, ancak önemsiz miktarlarda.
Bununla birlikte, birkaç eksik protein birleştirilirse, tam bir proteini oluşturan tüm temel amino asitler toplanabilir.
Sindirim süreci
Sindirim sürecinde mide mukozasındaki hücreler pepsin, pankreas trypsin ve ince bağırsak kimotripsin üretir. Bu enzimlerin salınımı, protein parçalanmasının peptidlere dönüşmesini tetikler.
Peptitler ise serbest amino asitlere parçalanır. Bu, aminopeptidazlar ve karboksipeptidazlar gibi enzimler tarafından kolaylaştırılır.
Serbest amino asitler daha sonra bağırsaklardan taşınır. Bağırsak villusları, altında kan damarlarının bulunduğu tek katmanlı epitel ile kaplıdır. Amino asitler bunlara girer ve vücutta kan yoluyla hücrelere taşınır. Bundan sonra amino asit emilim süreci başlar.
Desanimasyon
Bir molekülden amino gruplarının çıkarılmasını temsil eder. Bu işlem esas olarak karaciğerde meydana gelir, ancak glutamat böbreklerde de arındırılır. Deanimasyon sırasında amino asitlerden uzaklaştırılan amino grubu amonyağa dönüştürülür. Bu durumda karbon ve hidrojen atomları anabolizma ve katabolizma reaksiyonlarında kullanılabilir.
Amonyak insan vücuduna zararlı olduğundan enzimlerin etkisi altında üre veya ürik asite dönüştürülür.
Transanimasyon
Transanimasyon, bir amino grubunun bir amino asitten bir keto aside amonyak oluşumu olmadan aktarılması reaksiyonudur. Transfer, transferaz grubundan transaminaz enzimlerinin etkisi nedeniyle gerçekleştirilir.
Bu reaksiyonların çoğu, amino gruplarının alfa-ketoglutarat'a transferini ve yeni alfa-ketoglutarik asit ve glutamat oluşturmayı içerir. Önemli bir transaminaz reaksiyonu, doğrudan kaslara emilen dallı zincirli amino asitlerdir (BCAA).
Bu durumda BCAA'lar çıkarılır ve alfa-ketoglutarata aktarılarak dallı zincirli keto asitler ve glutamik asit oluşturulur.
Tipik olarak transanimasyon, dokularda en çok bulunan amino asitleri (alanin, glutamat, aspartat) içerir.
Protein metabolizması
Hücrelere giren amino asitler protein sentezinde kullanılır. Vücudunuzdaki her hücrenin sürekli protein döngüsüne ihtiyacı vardır.
Protein metabolizması iki süreçten oluşur:
- protein sentezi (anabolik süreç);
- protein parçalanması (katabolik süreç).
Bu reaksiyonu formül şeklinde temsil edersek aşağıdaki gibi görünecektir.
Protein metabolizması = Protein sentezi - Protein parçalanması
Vücutta bulunan en büyük protein miktarı kaslarda bulunur.
Bu nedenle vücudunuz protein metabolizması sürecinde kaybettiğinden daha fazla protein alırsa kas kütlesinde bir artış görülmesi mantıklıdır. Protein metabolizması sürecinde protein parçalanması sentezi aşarsa, kütle kaçınılmaz olarak azalacaktır.
Vücut yaşam için gerekli olan yeterli proteini alamazsa yorgunluktan ölecektir. Ancak ölüm elbette yalnızca özellikle aşırı durumlarda meydana gelir.
Vücudun gereksinimlerini tam olarak karşılamak için ona yeni amino asit porsiyonları sağlamanız gerekir. Bunu yapmak için vücudunuzun ana protein kaynağı olan yeterli miktarda proteinli yiyecek yiyin.
Amacınız kas kütlesi kazanmak ise yukarıdaki formülde belirtilen göstergeler arasındaki farkın pozitif olduğundan emin olmalısınız. Aksi takdirde kas kütlesi kazanımı sağlayamazsınız.
Azot dengesi
Besinlerle vücuda giren ve atılan azot miktarının oranıdır. Bu süreç şuna benzer:
Azot dengesi = Toplam alım - Doğal atık - Ter
Bu denklem 0'a eşitse azot dengesi sağlanır. Sonuç 0'dan büyükse denge pozitif, küçükse negatif olur.
Vücuttaki ana nitrojen kaynağı proteindir. Sonuç olarak nitrojen dengesi protein metabolizmasını değerlendirmek için de kullanılabilir.
Yağ veya glikojenin aksine protein vücutta depolanmaz. Bu nedenle negatif nitrojen dengesi ile vücudun kas oluşumlarını yok etmesi gerekir. Yaşamı garanti altına almak için bu gereklidir.
Protein alım oranı
Vücutta protein eksikliği ciddi sağlık sorunlarına yol açabilir.
Günlük protein alımı
|
İnsan yaşam tarzı |
Protein alım oranı |
|
Ortalama bir kişi hareketsiz bir yaşam tarzı sürüyor ve spor yapmıyor (erkek veya kadın) |
1,0 - 1,4 g/kg vücut ağırlığı |
|
Düzenli olarak düşük yoğunluklu egzersiz yapan kişi (erkek veya kadın) |
1,6 - 2,0 g/kg vücut ağırlığı |
|
Düzenli olarak yorucu egzersizler yapan, kas geliştirmek/zayıflamak ve dayanıklılığı artırmak isteyen kadın |
2,0 - 2,4 g/kg vücut ağırlığı |
|
Kas geliştirmek/zayıflamak ve dayanıklılığı artırmak isteyen ve düzenli olarak yorucu egzersizler yapan bir adam |
2,0 - 3,0 g/kg vücut ağırlığı |
Çözüm
Kas büyümesi doğrudan vücudunuza giren ve sentezlenen protein miktarına bağlıdır. Protein alımınızı takip etmelisiniz. Antrenman ve beslenme rejiminizle ulaşmak istediğiniz hedeflerinize karar verin. Bir hedef belirledikten sonra vücudun çalışması için gerekli olan günlük protein miktarını hesaplayabilirsiniz.
Enerji dönüşümü olarak metabolizma
Moleküler açıdan bakıldığında, çok hücreli bir organizmanın yaşamı, hücresel, hücreler arası, doku, organ ve sistem organizasyonu düzeyinde düzenli bir şekilde meydana gelen ve moleküller ve atomlar arasındaki metabolizmayı veya etkileşimi yansıtan karmaşık bir şekilde organize edilmiş genetik ve biyokimyasal reaksiyonlardır. çeşitli kimyasal bileşikler(biyolojik materyaller).
Metabolizma sırasında meydana gelen reaksiyonlara denir metabolizma veya metabolik reaksiyonlar. Önceki bölümde belirtildiği gibi hücrenin ana kimyasal bileşikleri arasında şunlar yer almaktadır: biyolojik materyallerin özelliklerini belirleyen su (hacmin %70-90'ı); Na, Ca, K, Mg, Cl tuzları ve suda çözünmüş diğer mikro elementler; değerli bir biyolojik yakıt türü olan organik bileşikler (hacmin %10-30'u). Organik moleküllerin çeşitliliği, karbon atomlarının diğer kimyasal elementlerin atomlarıyla birleştirilmesiyle oluşturulur.
Her kimyasal element değerlik veya belirli bir miktar oluşturma yeteneği ile karakterize edilir kovalent bağlar. Bu şekilde oluşuyorlar basit moleküller: bir karbon zinciri ve bir hidroksil grubu (HO), aminler (amino grubu - NH2), asitler (karboksil grubu - COOH), vb. dahil olmak üzere alkoller (alkol) Basit moleküllerin farklı kombinasyonlarından oluşur karmaşık moleküller, vücut için en önemli nükleik asit, protein, yağ ve karbonhidrat moleküllerini içerir. Bütün bu moleküller metabolik reaksiyonlar sonucunda oluşur. İki tür metabolik reaksiyon vardır: anabolik veya yaşam için gerekli moleküllerin sentezi (anabolizma) ve katabolik veya moleküllerin parçalanması (katabolizma). Metabolik reaksiyona katılan kişi metabolit, metabolik bir reaksiyonun sonucu ürün. Bir metabolik reaksiyonun ürünü bir sonraki reaksiyonun başlangıç materyali olarak kullanılıyorsa, substrat.
Bu tür ardışık reaksiyonların bir zinciri metabolik yol. Metabolik yollar karmaşık ve birbirine bağlıdır. Her şekilde
Diğer yollardan veya bir yolun farklı bağlantılarından gelen bilgilere dayanarak, tek bir hücredeki ve tüm organizmadaki mevcut duruma anında uyum sağlamalıdır. Herhangi bir metabolik yol, hangi yolun mümkün olup hangisinin mümkün olmadığını belirleyen enerji dönüşümlerine dayanır.
Enerji Dönüşümleri(dönüşümleri) Bir tarafta biyoyakıt üretiminin sürekli değişen ihtiyaçlarla koordinasyonu; diğer tarafta Bu, bireysel hücrelerdeki enerji dönüşümünün hızının ve yönünün, periyodik olarak yemek yiyen ve oruç tutan, çalışan ve dinlenen, taşıyan, besleyen, yetiştiren ve yavrularına etkileşim deneyimini öğreten tüm organizmanın ihtiyaçlarına ve hayati ritmine tabi kılınmasıdır. çevre. Ek olarak, herhangi bir organizma, işleyişi sırasında kısa veya uzun bir süre, nadiren veya sıklıkla hastalanır ve hastalık döneminde mevcut enerji rezervlerini tüketir.
Böylece bireyin yaşamı boyunca vücudun hücrelerinde, dokularında, organlarında ve sistemlerinde enerji dönüşümleri sürekli olarak meydana gelir. Bununla birlikte, geleneksel olarak, besin moleküllerinin hücreler tarafından enerji (biyolojik yakıt) üretmek için "parçalara ayrıldığı" ve daha sonra vücut için gerekli maddelerin metabolizması ve sentezi için kullanıldığı gıda alımıyla başladıklarını varsayabiliriz.
Tüm enerji dönüşümlerinin koordinasyonu ve entegrasyonu, vücudun ana düzenleyici sistemleri tarafından sağlanır: sinir ve endokrin ile düzenleyici etkisini dolaylı olarak nöroendokrin düzenleme yoluyla veya endokrin içeren lenfoid organları aracılığıyla uygulayan bağışıklık sistemi. (bkz. Bölüm 14). Genel olarak vücuttaki enerji dönüşümlerinin kontrolü, nörotransmitterlerin, hormonların, düzenleyici büyüme faktörlerinin ve ayrıca enerji metabolizmasına aracılık eden çeşitli sinyal moleküllerinin birleşik etkisi ile sağlanır (bkz. Bölüm 8).
Gıda şeklinde vücuda giren enerjinin dağıtımı ve tüketiminde tek tek hücrelerin ve dokuların rolünün yanı sıra suyun rolünden bahsederken (bkz. Bölüm 6), en enerji yoğun ve enerji tüketenleri vurgulamalıyız. karaciğer hücreleri, kaslar, beyin, yağ hücreleri ve kırmızı kan hücreleri. Örneğin, normal beslenme sırasında karaciğer hücreleri glikozu glikojen formunda depolar ve oruç sırasında tüm stok bitene kadar onu serbest bırakırlar. Stok varsa
glikojen kuruduğunda, karaciğer amino asitleri glikoza dönüştürür (glukoneogenez) ve önce yağları (yağ asitleri) keton cisimlerine dönüştürür ve ardından (oksidasyon yoluyla) enerji taşıyıcıları olan trigliseritleri bunlardan sentezler. Trigliseritler kana karışarak kendi enerji rezervine sahip olmayan beyin dahil tüm doku ve organlara dağılır. Bu nedenle nöronlara glikoz taşınması doğası gereği pasiftir ve harici enerji harcaması gerektirmez. Pasif taşıma sistemi düzenleyici gözenekleri, hücreler arası bağlantı kanallarını ve hücre zarlarını içerir (bkz. Bölüm 6). Bu kanallar, çeşitli moleküllerin ve iyon akışlarının geçişini kontrol eder ve bunların verimi (örneğin, Ca2 +, K + ve Na + iyonları için), reseptörlerin bulunduğu kanalların kapılarına ulaşan hücrenin dışındaki sinyallere bağlıdır. onları tanıyanlar bulunur.
Buna karşılık, glikozun eritrositlere taşınması, aşağıdaki nedenlerden dolayı meydana geldiği için aktiftir: konsantrasyon gradyanı veya Cl - ve HCO - anyonlarının eritrositin plazma zarı boyunca iki yönlü karşı hareketi nedeniyle kolaylaştırılmış difüzyon. Bu durumda aktif taşıma, ATP'nin hidrolizi sırasında açığa çıkan harici bir enerji kaynağı nedeniyle meydana gelir ve (böyle bir hareket nedeniyle) konsantrasyon gradyanına karşı ilerler.
Kaslar için çeşitli enerji kaynakları arasında glikoz ve glikojen, yağ asitleri, keton cisimleri ve amino asitler bulunur. Özel bir yer“doku solunumundan” sorumlu mitokondri veya enerji metabolizması oksidasyon ve fosforilasyon süreçlerinin yanı sıra işleyişi tamamen ATP rezervlerinin zamanında yenilenmesine bağlı olan "kritik olarak bağımlı" doku ve organlar için ATP sentezi nedeniyle. Bu "kritik bağımlı" morfofonksiyonel yapılar arasında beyin hücreleri ve dokuları, miyokard, iskelet kasları, retina, pankreastaki Langerhans adacıkları vb. yer alır. İçlerinde meydana gelen enerji metabolizması bozuklukları, insan spektrumuna ve hacmine önemli katkı sağlar. kalıtsal patoloji.
Aynı zamanda mitokondrinin kendisi de sıklıkla "acı çeker". Böylece bugüne kadar, enerji rezervlerinde önemli bir azalmanın arka planına karşı şiddetli nörodejeneratif semptomlar nedeniyle hastaların sakatlığıyla ortaya çıkan geniş bir mitokondriyal hastalık sınıfı (200'den fazla nosoloji) tanımlanmıştır (bkz. Bölüm 26).
Özellikle Alzheimer ve Parkinson hastalıklarında (bkz. Bölüm 28), kardiyomiyopatik sendromda, şeker hastalığında ve diğer patolojilerde mitokondrinin yapısı ve işlevinde bozukluklar tespit edilmiştir.
Trofik destek
Trofik destek veya trofizm, vücudun hücrelerinin, dokularının, organlarının ve sistemlerinin yapısının ve işleyişinin korunmasını, bunların aşırı fonksiyonel yük (hipertrofi durumu) sürecindeki artışını veya sürecindeki azalmayı belirleyen bir dizi metabolik reaksiyondur. fonksiyonel hareketsizlik (yetersiz beslenme durumu). Vücudun tüm yapılarının trofik sağlanması, hedef hücrelerdeki hücre zarı reseptörlerine ulaşan sinir lifleri ve sinyal moleküllerinin yardımıyla gerçekleşir. İkincisi, nöronları yalnızca durumları hakkında bilgilendirmekle kalmaz, aynı zamanda nöronlar üzerinde uyarıcı bir etkiye de sahiptir, nöronlarda yeterli fonksiyonel değişiklikleri başlatır ve dolayısıyla hedef hücreler üzerinde ters bir etkiye aracılık eder. Aynı zamanda sinir sisteminin kendisi de kendi trofizmini, yalnızca innerve ettikleri hedef hücrelerden nöronlara giren sinyal molekülleri sayesinde sağlar. Çok hücreli bir organizmada meydana gelen tüm metabolik reaksiyonlar, düzenleyici enzim proteinleri tarafından katalize edilir ve enzimlerin substratlara bağlanması nedeniyle meydana gelir. Bu tür reaksiyona denir enzimatik.
Enzimler ve enzimatik reaksiyonlar
Bir enzim molekülü, içine bir substrat molekülünün girdiği ve çeşitli fonksiyonel olarak aktif gruplar tarafından "saldırıya uğradığı" aktif bir merkez veya "cep" oluşturma kapasitesine sahiptir.
Klasik genetik yasalarına göre bir biyokimyasal reaksiyon, bir enzim tarafından katalize edilir. 1941'de J. Beadle ve E. Tatem tarafından önerilen "Bir gen - bir enzim" formülüne dayanmaktadır ve daha sonra şu formüle dönüştürülmüştür: "Bir gen - bir polipeptit zinciri", uzun zaman moleküler biyolojinin merkezi dogması olarak kabul edildi (bkz. Bölüm 1).
Enzimolojide ortak olan bu prensibin artık çok işlevli enzimler ve çok enzimli sistemler (kompleksler) için oldukça sık gözlemlendiğine dikkat edilmelidir.
Vücutta meydana gelen enzimatik reaksiyonların temeli Michaelis-Menten modelleri, bilinen tüm gen ekspresyon formüllerini dikkate alır:
burada E enzimdir; S - substrat; ES ve EP - enzimin substrat S ile ve enzimin P ürünü ile kompleksleri.
Bu nedenle tek bir enzimatik reaksiyon en az bir substrat ve bir enzim gerektirir. Bu durumda substrat DNA, RNA, protein veya diğer moleküller olabilir ve enzim, düzenleyici proteinlerin molekülleri olabilir. Enzimatik reaksiyonlar hücre ve vücuttaki tüm alternatif süreçlere eşlik eder: ilerleme ve gerileme, sentez ve bozunma, gelişme ve evrim (yaşlanma), uyarılma ve inhibisyon, uyku ve uyanıklık ve genel olarak diğer moleküler süreçler (fizikokimyasal, genetik ve biyokimyasal, morfolojik) Ontogenez ile ilişkili fizyolojik ve patofizyolojik (bkz. Bölüm 12).
Enzimler tarafından sağlanan hücre ve vücut fonksiyonları
Bildiğiniz gibi enzimler hücrelerin ve organizmaların birçok fonksiyonunu yerine getirir. En önemli enzimatik reaksiyonları listeleyelim. Bu:
Hücreler, dokular, organlar ve vücut sistemleri için yapısal ve fonksiyonel proteinler üreten genlerin ifadesi (DNA-mRNA-protein reaksiyonları);
Vücudun koruyucu reaksiyonları: doğuştan ve edinilmiş bağışıklık, kanın pıhtılaşması, sitokrom P 450'nin etkisi, vb. (enzim-protein, enzim-substrat reaksiyonları);
Moleküllerin zar ötesi taşınmaları sırasında tanınması (iyon akışlarının kontrolü dahil), hormonların ve diğer sinyal moleküllerinin reseptörlerle etkileşimi, sinir uyarılarının üretilmesi ve iletilmesi vb. (aynı reaksiyonlar);
Zihinsel aktivite, kas hücrelerinin çalışması vb. (aynı reaksiyonlar). Ayrıca bunlar gametlerin döllenme aşamasından itibaren nükleik asitler arasında meydana gelen enzimatik reaksiyonlardır. Örneğin yumurtanın sitoplazmasındaki enzimler ve nükleer faktörler yumurta ve spermde bulunan transkripsiyonlar. Diğer örnekler, transkripsiyon sırasındaki DNA-mRNA reaksiyonları, mRNA-rRNA reaksiyonları, translasyon sırasında mRNA-tRNA reaksiyonları ve reaksiyonlardır.
Enzimlerin amino asit kalıntıları ile DNA nükleotid dizileri arasında bölgeye özgü bağlanma.
ANA HÜCRE İÇİ OLAYLAR
METABOLİZMA
Hücre içi metabolizmanın biyolojik olarak önemli birçok farklı olayı arasında, öncelikle moleküler düzeyde meydana gelen ana "teknolojik" süreçleri - pürin ve pirimidin nükleotidlerinin metabolizması, esansiyel olmayan ve esansiyel amino asitler, DNA ve proteinlerin parçalanması - dikkate almalıyız.
Nükleotid metabolizması
Bir nükleotid üç elementin birleşimidir: fosfat-şeker-baz. Bu bileşikte fosfat enerji üretimiyle ilişkilidir. Bu durumda, diğer enerji bileşikleri (GTP, CTP, UTP) de rol almasına rağmen, ana enerji substratı ATP merkezi bir rol oynar. Nükleotidin karbonhidrat bileşenleri deoksiriboz veya ribozdur. Azotlu bazlar, pürinin dokuzuncu pozisyonundaki ve pirimidinin birinci pozisyonundaki nitrojen atomu (N) aracılığıyla onlarla ilişkilendirilerek kalıtsal bilgilerin iletilmesini sağlar.
Nükleotidin azotlu bazları, purinler A ve G ile pirimidinler C, T ve U'dur.
DNA nükleotidleri (deoksiribonükleotidler) şunları içerir: adenin (dAMP), guanin (dGMP), sitozin (dCMP) ve timin (dTMP).
RNA nükleotidleri (ribonükleotidler) şunları içerir: adenil (AMP), guanil (GMP), sitilik (CMP) ve üridilik (UMP) asitler.
Pürin nükleotidlerinin sentezi
Çoğu hücre, küçük moleküler ağırlığa sahip öncülerden pürinleri de novo sentezler. Serbest pürinlerin kaynakları, DNA molekülünün parçalanması sırasında hücre lizozomlarında parçalanan nükleik asitlerdir ve bunların sentez yeri karaciğerdir.
Pürin döngüsü ribotilasyon veya bileşen parçalarının riboz-5-fosfata eklenmesi reaksiyonudur. Bu
mekanizma, 5-fosforibosil-1-piruvat (riboz-5-fosfatın aktif formu) veya fosforibosil-1-pirofosfatın (PRPP) katılımıyla pürinlerin, serbest purinlerin ve pirimidin nükleotitlerinin de novo sentezinin karakteristiğidir. PRPP'nin oluşumu, PRPP sentetaz tarafından katalize edilen glutamin ATP'den bir pirofosfat grubunun (PP) transferi sırasında pentoz fosfat yolu boyunca meydana gelir. Bu reaksiyonun ürünü 5-fosforibosilamindir. Oluşumundan sonra, bir dizi ardışık reaksiyon meydana gelir (toplamda 9 tane vardır), hipoksantin de dahil olmak üzere ilk purin nükleotidinin toplanmasıyla sona erer - bu inosinik asit(IMP).
IMP'nin oluşumu bir tür metabolik kavşak görevi görür: bu asitten adenin veya guanin oluşur.
Bu dönüşümler sırasında NH10-formiltetrahidrofolat veya tetrahidrofolattan (FH4) bir formil grubu (FH) da oluşur - bu bir formilasyon reaksiyonudur. Formilasyon reaksiyonunun bir katılımcısı olan tetrahidrofolat (FH4), F vitamini veya folik (pteroilglutamik) asidin bir koenzimidir. FH4, NADPH ve formiltransferazın katılımıyla hidrofolat redüktazdan (FH2) indirgenir.
Formil grubu aynı zamanda serinden gelir ve serin hidroksimetilaz varlığında bir hidroksimetil grubunu (CH20H) FH4'e aktarır ve sonuçta glisin, su ve N5N10-metilen-FH4 oluşur. Ancak metilen grubu (CH2) formil grubundan (FH) daha fazla indirgendiğinden ikinci bileşik henüz formilasyona katılmaya hazır değildir. Bu nedenle CH2, NADP + enzimi tarafından bir metil türevine oksitlenir ve bu, hidrolizden sonra N10-formil-FH4'e veya purin nükleotidlerinin sentezi için gerekli formil grubu donörüne dönüştürülür. Burada, yeni pürinler hemen pürin nükleotidlerine dönüştürüldüğü için pürinlerin de novo sentezinin serbest pürinler üretmediğini belirtmekte fayda var. Pürin nükleotidlerinin sentezi için bilinen bir yol da vardır; bu sırada nükleotidlerin parçalanmasından elde edilen ve PRPP ile etkileşimden sonra korunan serbest pürinler bunlara dönüştürülür. Bu yola iki fosforibosiltransferaz katılır: biri adenin'den, diğeri hipoksantin ve guanin'den purin nükleotidlerinin oluşumunu katalize eder. Ayrıca, ikinci durumda (hipoksantin veya AMP ribonükleotidden pürin nükleotidlerinin sentezi ve GMP ribonükleotidden guanin sentezi), hipoksantin-guanin fosforibosiltransferaz yer alır.
(GGPRT), PRPP ile etkileşime girerek IMP ve inorganik fosfor (P) oluşturur. İnsan hücreleri için adenin tasarrufu, hipoksantin ve guanin tasarrufundan daha az önemli görünmektedir. Fosfat grubu (PH) 5-nükleotidaz ile çıkarıldığında ve adenosine dönüştürüldüğünde AMP'den serbest hipoksantin oluşur ve buradan NH2 grubu, adenosin deaminaz (ADA) enzimi tarafından çıkarılır. Sonuç olarak, adenosin, başka bir enzim olan nükleosid fosforilazın yardımıyla hipoksantin ve riboz-1-fosfatın oluşturulduğu inozine dönüştürülür.
Bu metabolik yolda ADA'nın yokluğunda, şiddetli kombine immün yetmezlik (SCID) ile kendini gösteren otozomal resesif bir lenfosit hastalığının (20q13.11) geliştiği de belirtilmelidir. ABD'de 1990 yılında önerilen SCID tedavisi yöntemi, özü kemik iliği kök hücrelerinin tanıtılması olan bir gen terapisi yönteminin tıpta kullanımının ilk örneği oldu. in vitro normal ADA geni ve bu hücrelerin daha sonra ototransplantasyonu in vivo(bkz. bölüm 20).
Sonuç olarak, pürin nükleotidlerinin sentezinin hücreden büyük enerji harcaması gerektirdiğini ve dolayısıyla serbest pürinlerin yeniden kullanım mekanizmasının hücre için daha faydalı olduğunu, çünkü hücrenin yeni sentezi sınırlamasına izin verdiğini vurgulamak gerekir.
Ek olarak, vücudun pürinleri de novo sentezleyemeyen benzersiz hücreleri (eritrositler) vardır ve bu nedenle yalnızca hazır pürin bazlarını kullanırlar. Serbest pürinlerin geri dönüşümüne yönelik mekanizmanın önemi, X'e bağlı resesif Lesch-Nyhan sendromu (Xq26-27) örneğiyle gösterilebilir. zeka geriliği, bozulmuş koordinasyon ve otomatik saldırganlık (HGPRT eksikliği nedeniyle). Bu tür hastalarda, karaciğer hücrelerinde pürin nükleositlerin de novo sentezi keskin bir şekilde artar (şeker ve baz vardır, ancak fosfat yoktur), bu da PRPP seviyesinde bir artışa, büyük miktarlarda ürik asit oluşumuna yol açar ( karaciğerde) ve ürat kristallerinin birikmesi (böbreklerde).
Gut hastalığında da benzer belirtiler görülür ancak bu durumda hastalarda (henüz bilinmeyen nedenlerle) nörolojik bir bozukluk yoktur. Görünüşe göre gut, Lesch-Nayhan sendromunun bir fenokopisidir. Karaciğerde hipoksantin ve guanin'den oluşan ürik asidin allopurin tarafından inhibe edildiğini belirtmek önemlidir. Bu ilaç gut tedavisinde kullanılır; ürat yerine guanin birikimine neden olur;
ve suda çözünebilen ve bu nedenle vücuttan kolayca atılan hipoksantin.
De novo purin nükleotid sentez yolu, prensibe göre allosterik inhibisyonun bir örneğidir. geri bildirim. Bu durumda inhibisyon kontrolünün yeri pürin sentezinin ilk (geri dönüşümlü) reaksiyonudur. AMP, ADP, GMP ve GDP ribonükleotidleri tarafından inhibe edilen PRPP sentetaz tarafından katalize edilir.
Pirimidin nükleotidlerinin sentezi
Çoğu hücre pirimidin nükleotidlerini de novo sentezler. Aynı zamanda, pürinlerinkinden daha az belirgin olan serbest pirimidinlerin yeniden kullanım yolu da bilinmektedir.
Serbest pirimidinlerin sentezi aspartik asit ile başlar ve PRPP varlığında ve kinazların etkisi altında urasile (UMP) dönüştürülen orotik asitin (siklik yapıya sahip bir bileşik) oluşumuna yol açar.
Deoksinükleotid trifosfatların (ve pürinlerin) dengeli üretimi sırasında allosterik geri besleme düzenlemesi meydana gelir (bkz. Bölüm 8). İndirgenmeleri NADPH (elektronları redüktaza aktarır) yardımıyla difosfatlar seviyesinde meydana gelir. Ancak bundan sonra birkaç aşamada trifosfatlara dönüştürülürler (ATP içeren kinazlar tarafından fosforilasyonun bir sonucu olarak). İlk olarak sentezde yer almayan (timin içerir) dUTP, PP oluşumuyla birlikte dUMP'ye hidrolize edilir.
dUMP daha sonra dTMP'ye metillenir. Metilasyon
- bu, oldukça aktif bir metil grubunun (CH3) donör metioninden DNA dahil diğer bileşiklerin moleküllerine aktarılmasıdır (aşağıya bakınız). Bu durumda nükleosid-timidin, timidin kinazın etkisi altında TMP'ye yeniden sentezlenir.
dUMP'nin metilasyonu ayrıca koenzimi N5N10-metilen-FH4 veya metilentetrahidrofolat (FH4) olan timidilat sentetaz enziminin etkisi altında da meydana gelir. Daha sonra dTMP, dTTP'ye (metillenmiş urasil) fosforile edilir ve dTTP'ye dönüştürülür. Pürin sentezi durumunda, metilen grubu (CH2) bir formil grubu oluşturmak üzere oksitlenir (yukarıya bakın) ve timidilat sentezi durumunda indirgenir ve timin'in metil grubuna (CH3) aktarılır. timidilat sentetazın varlığı. Bu durumda FH 4, FH 2'ye dönüşür. Ters için
geri kazanım reaksiyonu
eksikliği fenilketonürinin gen kopyalarından birinin ortaya çıkmasıyla ilişkili olan dehidrofolat redüktaz enzimi gereklidir (aşağıya bakınız).
Başka bir metabolik yol, FH4'ün serinle reaksiyona girerek metilen-FH4'e dönüştürülmesidir, ancak bunu yapmak için FH2, dehidrofolat redüktaz ile FH4'e indirgenir.
Metiyonin sentetaz, otozomal resesif pernisiyöz aneminin geliştiği bir kofaktör - B 12 vitamini gerektirir (6p12-p21.2). Bu hastalıkta vücut, çoğu gıdayla sağlansa da, bağırsaklarda B12 vitaminini geri kazanmak için gerekli olan gastrik glikoproteini üretmez. Bu bağlamda FH4 rezervleri pürin sentezi için kullanılamaz hale gelir ve tetrahidrofolat metil-FH4'e dönüştürülerek hastalarda metilmalonik asidoza bağlı nörolojik bozukluklara neden olur. B12 Vitamini eksikliği otozomal resesif konjenital folat malabsorbsiyonuna (megaloblastik anemi) neden olur. Aday genlerinden biri 11q13.3-q14.1 ile eşlenmiştir.
B12 vitaminine bağlı iki reaksiyon bilinmektedir.
Farklı enzimler tarafından katalize edilirler: metilmalonil-CoA mutaz (6p12-p21.2) ve metiyonin sentaz (gen haritalanmamıştır). İlk enzimin eksikliği ölümcül asidoz geliştirirken, ikinci enzimin eksikliği psikomotor gelişimde sadece erken bir gecikmeye neden olur ve buna homosisteinin toksik etkileri nedeniyle nörolojik semptomlar da eşlik eder.
DNA dizilerinin metilasyonu
DNA dizilerinin metilasyonu (örneğin, 5. pozisyondaki sitozin kalıntıları), toplu olarak sitozin-DNA metiltransferazlar veya M-taz olarak adlandırılan bir dizi enzimin etkisi yoluyla 5-metilsitozin (5-mC) oluşturmak üzere meydana gelir. M-pelvis yeni sentezlenen yavru iplikçik henüz metillenmediğinde, replikasyon sırasında oluşan yalnızca yarı metillenmiş DNA dizilerini tanıyan ve metilleyen bir "bakım" enzimidir. Bu tür dört enzim bilinmektedir (Dnmt 1, Dnmt 2, Dnmt 3a ve Dnmt 3b). En çok çalışılan Dnmt 1 veya molekül ağırlığı yaklaşık 190 kDa olan ve 2 alana sahip bir proteindir: katalitik (enzimin C-terminal kısmında bulunur), yapısal olarak bakteriyel sitozin M-tazlarına yakındır ve düzenleyici
(N-terminal kısmında bulunur), enzimi, bölünen hücrelerdeki aktif replikasyon komplekslerine yönlendiren bir sinyal dizisi içerir.
Sitozin kalıntılarının esas olarak CpG dinükleotidleri veya CpG adaları içinde metillendiği gösterilmiştir (bkz. Bölüm 1 ve 25). Toplamda CpG adalarının yaklaşık %70'i ve sitozin kalıntılarının %6-7'si ökaryotik genomda metillenir. Bu destekleyici metilasyon Şekil 2'de gösterilmektedir. Şekil 32: Replikasyon sonucunda DNA'nın ana ipliğinde metillenmiş CpG dinükleotidleri bulunur. DNA metiltransferaz, içindeki metillenmiş CpG'leri tanır ve yavru iplikçikte aynı metilasyon modelini yeniden oluşturur. Mases'lerin tamamen metillenmemiş bölgelerdeki de novo DNA dizilerini metilleme ve yanlış eşleştirilmiş bazlar içeren oligonükleotidleri metilleme konusunda yalnızca sınırlı bir yeteneğe sahip oldukları dikkate alınmalıdır (bkz. Bölüm 10).
Şu anda, ürünleri de novo DNA metilasyonu için yüksek bir yetenek sergileyen ve bu süreçten sorumlu olabilecek genler klonlanmıştır.
Sitozin kalıntılarının metilasyonu, DNA'nın yapısal özelliklerini etkiler; bu, metillenmiş bölgelerinin B formundan Z formuna geçişini kolaylaştırma, DNA sarmalının adımını arttırma ve haç biçimli oluşum kinetiğini değiştirmede kendini gösterir. yapılar. Bu durumda, B formunda bulunan DNA'nın ana oluğunun yüzeyinde 5-mC metil grubu belirir, bu da hidrofobikliğini arttırır ve bazı durumlarda enzimlerin karşılık gelen bölümleriyle etkileşiminde belirleyici bir faktör haline gelir. DNA molekülü. Ayrıca diğer DNA dizilerinin (örneğin CpNpG) metilasyonu ve opi-
Pirinç. 32. Genomdaki bakım metilasyonu (sonra: Herman ve diğerleri, 1999; http//www.kletca.ru/stem-cells/glossary/)
Adenin ve guaninin metilasyonunun san mekanizması, sülfonyum katyonu S-adenesilmetiyonin veya SAM ile metilasyondur. Özellikle, pozisyon 7'deki (N7-metilguanin grubu) ve ayrıca pozisyon 2'deki (ikinci ve bazen üçüncü nükleotidin OH grubu) guanin metilasyon mekanizması, mRNA'nın RNA polimeraz II veya tarafından kapatılmasında önemli bir rol oynar. mRNA'nın 5"- uçlu modifikasyonu. Bu yerde, ilk nükleotid bir trifosfat grubu içerir ve terminal fosfatı çıkarılır ve bir GMP kalıntısı ile değiştirilir. Bu nedenle, başlıklı mRNA, işlevsel olarak aktif mRNA'ya tamamlanır. Ek olarak adenin ve guanin metilasyonuna, amino asitlerin ve diğer maddelerin metilasyonu SAM, PC ve adrenalin (katekolaminlerle ilgili) için endikedir.
DNA bozulması
DNA bozulması, eski moleküllerin yenileriyle kopyalanması sırasında çoğu hücrenin evrensel bir değişimidir. DNA bozunma süreci, B ailesi proteinleri tarafından kontrol edilen apoptozun geri döndürülemez bir son aşaması olarak kabul edilir. İle 1-2 (bkz. bölüm 11).
mRNA bozulması
Hücrenin iyileşme mekanizmalarıyla ilgili mRNA bozunmasının 2 mekanizması (NMD ve SMD süreçleri) vardır (bkz. Bölüm 10).
Şek. Şekil 33, mekanizmanın bir diyagramını göstermektedir - memelilerde NMD: NMD süreci çeviri sırasında meydana gelir ve bunun yardımıyla mRNA içeren erken durdurma kodonları(PSK), eklemeden kaynaklanan ekson-ekson dizisinin okunması boyunca 50-55 nükleotidlik bir mesafede çeviriyi keser.
Çekirdekteki öncü mRNA (pre-mRNA), majör nükleer başlık bağlayıcı proteinin (CBP) CBP80-CBP20 heterodimeri ile ilişkilidir.
3" ucu oluştuktan sonra pre-mRNA, nükleer poli(A) bağlayıcı protein Upf3a veya PABPy proteinine (PABP) bağlanır. Pre-mRNA daha sonra eklenir ve mRNA'ya dönüştürülür,
Pirinç. 33. Memelilerde NMD Şeması (Maquat L., 2005'ten sonra)
bu, CBP80-CBP20, PABPN1 ve sitoplazmik protein PABPC'yi içeren bir komplekse bağlanır ve daha sonra 20-24 nükleotid önde bulunan ekson-ekson kompleksi veya EJC proteinlerine bağlanır. Bir dizi protein, EJC'nin bileşenleri olarak görev yapar:
Ön mRNA birleştirme proteinleri (Pnn/DRS, RNPS1, SRm160, UAP56);
mRNA ihracatında yer alan proteinler (REF/Aly, Y14, Magoh);
İşlevleri tam olarak anlaşılamayan proteinler (PYM, eIF4AIII ve Barentsz/MLN512).
EJC kompleksine ek proteinler de bağlanabilir:
NMD faktörleri (Upf3 veya Upf3a, Upf3X veya Upf3b, Upf2);
Upf1 proteini (görünüşe göre geçici olarak eklenmiştir).
Ağırlıklı olarak nükleer lokalizasyona sahip olan Upf3/Upf3X proteinlerinin sitoplazmaya doğru hareket edebildiğine ve nükleer zarfın sitoplazmik kenarı boyunca yoğunlaşan Upf2 proteini ile etkileşime girebildiğine inanılmaktadır. Hareket ettiklerinde oluşur birincil çeviri başlatma kompleksi veya mRNP. Bu kompleks, mRNA, NMD için ilişkili bir substrat görevi gördüğünden, çekirdek veya sitoplazma ile bağlantılı olarak birincil translasyon döngüsüne girer.
NMD süreci, ilk çeviri döngüsü sırasında PSC'nin tanınmasından sonra gerçekleşir. Ekson-ekson birleşiminden 50-55 nükleotidden fazla yukarı yönde olan bir PJC'de çeviri kesilirse Upf1, EJC ile ilişkili protein Upf2 ile etkileşime girerek NMD sürecini başlatır.
Memeli hücrelerinde anlamsız transkriptlerin doğrudan bozunması, hem 5" - 3" hem de 3" - 5" yönlerinde meydana gelir; sırasıyla, başlığın açılması ve 5" - 3" eksonükleotik faktörlerin etkisi veya deadenilasyon ve 3" eylemi dahil - 5" ekzozomal faktörler.
EJC komplekslerinin NMD'ye dahil edilmesi, EJC'leri içeren mRNA'ların ve intron içermeyen genlerden türetilen mRNA'ların NMD'ye uğramadığının bulunmasıyla desteklenir. NMD yalnızca yeni sentezlenen mRNA'ları hedeflerken, stabil mRNA'lar bozulmaya maruz kalmaz.
NMD'nin aşağıdakiler de dahil olmak üzere bir dizi saçma transkriptleri bozduğu gösterilmiştir:
alternatif birleştirme ürünleriyle ilgili mRNA;
selenoproteinler için gerekli mRNA;
Açık okuma çerçevesi mRNA'sı;
NMD'nin proteinleri çeviren ribozomlarla veya mRNA bozunmasının sitoplazmik ekstraribozomal bölgeleriyle kompleks halinde olup olmadığı.
NMD'nin etkinliği kural olarak PSC'lerin lokalizasyonuna ve EJC komplekslerinin sayısındaki artışa bağlı değildir. Ancak NMD'nin etkinliği, farklı gen dizilerinin modellenmesi (değiştirilmesi) gibi başka mekanizmalar yoluyla geliştirilebilir.
NMD'nin diğer hücresel süreçlerdeki rolü araştırılmaya devam etmektedir. Örneğin, faktörlerinden biri - SMG1 - DNA hasarının tanınması ve/veya onarımında rol oynar, diğer faktör - Upfl - saçma aracılı alternatif birleştirmenin yanı sıra yakın zamanda keşfedilen yeni mRNA bozunma yolunda rol oynar - sözde aracılı mRNA bozulması veya SMD. SMD bozunma mekanizması durumunda, RNA bağlayıcı protein, Upfl proteini ile doğrudan etkileşime girerek normal durdurma kodonu da dahil olmak üzere PSC'den yeterince uzak bir mesafede mRNA bozunmasına neden olur.
Ancak SMD mekanizması için nihai olarak belirlenmemiştir. işlevsel amaç Yukarıdaki faktörler.
Amino asit metabolizması ve bozuklukları
Amino asitler keto asitler ve amonyaktan (amino grupları) oluşur. Hücre zarı bileşenleri, nörotransmiterler (örneğin 5-hidroksitriptamin ve gama-aminobütirat veya GABA), hormonlar (örneğin tiroksin), hem ve diğer maddeler dahil olmak üzere çeşitli proteinlerin sentezlenmesi için kullanılırlar. Amino asitlerin kaynakları gıda ürünleri ve hücresel metabolizmanın ürünleri.
Temel amino asitler ikiye ayrılır:
Yeri doldurulamaz (sadece dışarıdan gelir), bunlardan 10 tane var;
Değiştirilebilir (dışarıdan gelir ve vücutta sentezlenir), bunlardan da 10 tane vardır.
Sınırlı bir gelişim döneminde (yalnızca büyüme sırasında) vücut tarafından yalnızca bir amino asit - arginin - gereklidir, geri kalan 19 amino asit ise her zaman gereklidir.
Lizin, fenilalanin ve triptofan kesinlikle gerekli kabul edilir. Sistein fenilalaninden, tirozin ise metiyoninden elde edilebilir. Esansiyel amino asitler ya ketojeniktir (keton cisimciklerine dönüşen asetil-CoA'yı oluşturur) ya da glikojeniktir (kandaki ve şeker hastalarında idrardaki glikoz seviyelerini arttırır). Aynı zamanda lösin ve lizin her ikisine de (ketojenik ve glikojenik) aittir.
Şek. Şekil 34, amino asit metabolizmasının genel bir diyagramını göstermektedir. Diyagramda görüldüğü gibi, protein biyosentezinde veya diğer hücre ihtiyaçları için kullanılmayan amino asit kalıntıları nedeniyle fazla amino asitler oluşur.
Metabolik bir fon formunda ortaya çıkan fazla amino asitler, enerji üretmek ve enerji rezervleri (yağlar ve glikojen) oluşturmak için (parçalandıklarında) kullanılır ve amin nitrojen, üre şeklinde idrarla atılır.
Gerekirse fonksiyonel kas proteinleri (vücutta en çok bulunanlardır) amino asit üretimi için rezerv haline gelebilir. İnsanlarda amino asit metabolizması bozukluklarıyla ilişkili bir dizi kalıtsal hastalık tanımlanmıştır (bkz. Bölüm 21). Bu tür bozuklukları olan hastalar, herhangi bir amino asidin ya eksikliği ya da fazlalığı ile karakterize edilir ve bu durum zayıflığa neden olur.
Pirinç. 34. Amino asit metabolizmasının genel şeması (Elliot V., Elliot D., 2002'ye göre)
Evde besinlerin sindirimi ve emilimi, vücudun tükenmesi, gecikmiş psikomotor ve fiziksel gelişim, doku ödemi, nörolojik ve kusurlu proteinlerin sentezine dayanan diğer semptomlar.
Bu hastalıkların en tipik örneği fenilalanin 4-hidroksilaz enziminin eksikliği sonucu gelişen otozomal resesif fenilketonüridir (PKU).
PKU, 6-piruvoyltetrahidropterin sentaz (11q22.3-q23.3), sitozolik dihidropteridin redüktaz (4p15.31), sitozolik guanozin siklohidrolaz (gen haritalanmamış) eksikliğinin bir sonucu olarak gelişen bir dizi gen kopyasına (çoğunlukla kötü huylu) sahiptir. ) veya aromatik amino asitlerin tetrahidrobiopterin kofaktörü BH4 hidrolazları: fenilalanin, tirozin ve triptofan (gen ayrıca haritalanmamıştır).
Bu aynı zamanda dehidrofolat redüktaz eksikliğine bağlı bir PKU genoskopisini de içerir.
Fenilketonüri gen kopyalarının patogenez mekanizmalarını düşünmeden önce, normal işleyen bir organizmada fenilalanin'in deaminasyona uğramadığını, ancak tirozine (fenilalanin-4-hidroksilaz etkisi altında) dönüştürüldüğünü not ediyoruz.
PKU'da tirozin sentezi zordur veya tamamen bloke edilir ve fenilalanin, idrarla atılan fenilpiruvat (keto asit) halinde deaminasyona uğramaya "zorlanır".
Vücuttaki fenilalanin metabolizmasının bu özellikleri ve PKU genokopilerinin varlığı ile bağlantılı olarak, serbest amino asitlerin bileşiminin ve PKU geninin taşıyıcıları olan hamile olmayan ve hamile kadınların kan plazmasındaki fenilalanin metabolizmasının sonuçlarının bir analizi. gerçekleştirildi (Vasilieva O.V., 1999). Hamile olmayan kadınlarda kan serumundaki serbest amino asitlerin bileşimi (birinci grup) esansiyel olmayan ve esansiyel amino asitlerin sırasıyla %38 ve 62'lik bir oranıyla ve ayrıca hidrofobik ve nötrallerin diğer amino asitlere göre %71 ila 29'luk bir oranıyla karakterize edilir. En yüksek alanin, treonin, lizin ve arginin konsantrasyonları gözlemlendi; en küçükleri aspartik ve glutamik asitlerdir.
Amino asit spektrumunun niceliksel özellikleri arasındaki korelasyonlar analiz edilirken, niceliksel göstergelerin üç derece eşlenikliği belirlendi;
lize edilmiş sistemler: yüksek, orta ve düşük seviyelerde amino asit kombinasyonu.
Buna göre yüksek seviyeler lizin, fenilalanin ve tirozindir; orta seviyeler histidin, sistein ve valindir; düşük seviyeler lösin, izolösin, metiyonin, alanin ve aspartik asittir. Bu üç seviyeye ek olarak, arginin ve glutamik asitin yanı sıra serin ve treoninin karakteristik korelasyon seviyeleri de belirlendi. Elde edilen veriler yazar tarafından amino asitlerin yapısal ve fonksiyonel özellikleriyle açıklandı:
Fenilalanin tirozinin öncüsüdür;
Fenilalanin, tirozin ve lizin, piruvatın ara oluşumu olmadan asetil-CoA'nın sentezinde rol oynar;
Arginin, histidin ve valin glutamik asit sentezinde rol oynayabilir;
Lösin, izolösin ve metiyonin hidrofobik amino asitlerdir;
Alanin, glisinin sentezinin temeli olabilen piruvatın transaminasyonuyla oluşur; Aspartat amino grubunun donörü olarak görev yapar.
Fizyolojik gebelik, ilk trimesterde glisin, valin ve lösin içeriğinin azalmasına bağlı olarak serbest amino asit havuzunda değişikliklere yol açtı; ikinci trimesterde fenilalanin ve sistein. Hamile kadınların toplu (pilot) taramasına göre, kan plazmasındaki fenilalanin seviyesi% 1,2 mg'a tekabül ediyorsa, bu, kadınları PKU geni için "potansiyel heterozigotlar" grubuna seçmek için bir kriter olarak değerlendirildi.
Anne vücudunda gizlenen PKU geninin ekspresyonu, gebeliğin ilk trimesterinde kan plazmasındaki fenilalanin düzeyinin %10 mg'ın üzerine çıkmasına neden oluyorsa, bu durum fetal gelişim bozukluklarının nedeni olarak değerlendirildi.
PKU'lu çocuk doğuran annelerde PKU geninin zorunlu heterozigot taşınması (ikinci grup), PKU geni olmayan kadınlarla karşılaştırıldığında (üçüncü grup) yüksek konsantrasyonlarda glutamik ve aspartik asitler, treonin ve glisin formundaki amino asitlerin metabolik stokundaki bozukluklarla kendini gösterdi.
Büyük teorik ve pratik önemi O.V.'nin çalışmaları Vasilyeva, çeşitli gen kopyalarının spektrumu ve tezahür mekanizmaları hakkındaki mevcut anlayışın şu sonuca varabiliriz:
PKU (ve muhtemelen diğer kalıtsal metabolik hastalıklardaki (NBO amino asitleri) gen kopyaları) önemli ölçüde genişletilmelidir. Bu sadece konjugasyon derecesine bağlı olarak ayrı gruplar halinde birleştirilen tüm amino asit havuzunu yapısal ve fonksiyonel özellikleriyle analiz ederek değil, aynı zamanda bu amino asitlerin metabolizmasında yer alan enzim proteinlerinin rolünü analiz ederek de yapılabilir. Bu sonuç, enzim eksikliği nedeniyle üç gen kopyasının tanımlandığı otozomal resesif lösinoz veya akçaağaç şurubu idrar hastalığı örneğiyle de desteklenmektedir: farklı yan zincirlere sahip alfa-keto asit dehidrojenaz, tip I A (19q13.1-13.2), tip I B (6p21-p22) ve tip II (1p31). Lösinoz, alifatik amino asitlerin oluşumuna eşlik eden alfa-keto asitlerin oksidatif dekarboksilasyonunun ihlali sonucu gelişir: lösin, izolösin ve valin.
Bireysel amino asitlerin metabolizmasının önemine ilişkin verilerin değerlendirilmesine son verilirken, bir eksiklikle birlikte fazlalıklarının da gözlemlenebileceğini ve daha sonra hastalara örneğin aşağıdaki gibi hastalıklarla teşhis konulabileceğini not etmek önemlidir:
alkaptonüri(3q2), difenol ürünü olan homojentisik asit fazlalığına bağlı olarak tirozinin bozulmuş bölünmesinin sonucudur; bu durumda difenol havadaki oksijenle birleşir ve idrarın koyulaşmasına neden olan bir pigment oluşturur;
sistationüri(16q) fazla miktarda sistatyondur (aşağıya bakın).
Amino asit sentezi
Ana amino asitlerin öncüleri 5 kimyasal bileşiktir: alfa-ketoglutarat, 3-fosfogliserat, oksaloasetat (R = CH2COO), fosfoenol-piruvat, piruvat (R = CH3) ve pentoz fosfat yolunun iki monosakkariti. Amino asitlere dönüşüm mekanizmalarını ele alalım.
Metilasyon ürünleri olarak amino asitler
Amino asitler, metilasyonun ürünleri veya bir metil grubunun bir metiyonin donöründen çeşitli bileşiklere transferinin ürünleri olabilir (yukarıya bakın). Metionin ATP ile reaksiyona girdiğinde NH3+ grubu aktive edilerek bir sülfonyum katyonu veya S-adenesilmetiyonin (SAM) oluşturulur. Bir metil grubunun transferi transmetilazlar tarafından katalize edilir.
Bu reaksiyon sırasında, ATP'nin üç fosfat grubu pirofosfata (PP) ve inorganik fosfora (P) dönüştürülür, ardından PP iki P molekülüne bölünür.
İlk olarak SAM, homosistein-metiyonine (S-CH3 grubu yerine bir SH grubu veya tiyol grubuna sahiptir) dönüştürülen S-adenosilhomosisteine dönüştürülür. Daha sonra homosisteinden gelen tiyol grubu, sistein oluşturmak üzere serine aktarılır. Bu reaksiyondaki ara bileşik, fazlası idrarla atılan sistatyondur.
SAM metilasyonunun ürünleri ayrıca şunlardır: kreatin, fosfolipid - PC ve katekolamin - adrenalin.
Transaminasyon ürünleri olarak amino asitler
Amino asitler transaminasyon veya deaminasyon ürünleri olabilir. Örneğin glutamik asit, kofaktörleri NAD+ ve NADP+ olan glutamat dehidrojenaz tarafından sentezlenir. Bu reaksiyon geri dönüşümlüdür.
Glutamik asit donörleri, oksaloasetat ve piruvatın transaminasyonu sırasında oluşan aspartik asit ve alanindir. Glutamik asit, oksitleyici ajan olarak NAD+ veya NADP+ kullanan glutamat dehidrojenaz varlığında iki hidrojen atomunun ortadan kaldırılmasıyla deaminasyona uğrar. Bu enzim, ATP ve GTP tarafından allosterik olarak inhibe edilir (büyük enerji rezervlerini gösterirler), ancak ADP ve GDP tarafından aktive edilir (enerji eksikliğini gösterirler).
Glutamik asidin deaminasyonundan sonra, rol oynayan alfa-ketoglutarat oluşur. Krebs döngüsü(sitrik asit döngüsü), glutamik asidin oksidasyonunu sağlar
H 2 O ve CO 2'ye.
Alfa-ketoglutarat oksaloasetata dönüştürüldüğü için glikoz sentezine katılabilir, yani. Glutamik asit glikojenik bir amino asittir.
Diğer amino asitlere (glutamin hariç) karşılık gelen dehidrojenazlar yoktur. Bu nedenle deaminasyonları bir değil iki aşamada gerçekleşir: ilk aşama transaminasyon, ikinci aşama deaminasyondur. Genel olarak tüm amino asitlerde ortak olan bu metabolik yola denir. transaminasyon veya deaminasyon.
Transaminasyon, farklı amino asitlere özgü aminotransferazlar (transaminazlar) tarafından katalize edilir.
Transaminazların aktif merkezleri, amino grubunu ilk kabul eden elektrofilik bir ara madde olarak görev yapan koenzim piridoksal-5-fosfatı (PP) içerir.
(alıcı olarak görev yapar) ve sonra (donör olarak) onu keto asit'e aktarır.
PF'nin çalışma grubu aldehit grubudur (CHO).
PF, B6 vitamininin üç türevini içerir: piridoksal, piridoksin ve piridoksamin.
Transaminasyon mekanizması, kandaki amin nitrojenin taşıma şekli olan alanin örneği kullanılarak gösterilebilir.
Alanin, kas proteinlerinin parçalanmasından sonra karaciğere giren ve diğer amino asitlerin transaminasyonu sırasında piruvattan oluşan amin nitrojenin yaklaşık% 30'unu içerir.
Alanin ve alfa-ketoglutarat etkileşime girdiğinde, glutamat ile reaksiyona giren piruvat ortaya çıkar. ilk aşama. İkinci aşamada glutamat, NAD+ ve suyu ekleyerek, NaPH+ ve NH4 ile etkileşime giren ketoglutarat oluşturur. Alanin karaciğerde deaminasyona uğrar. Bu durumda oluşan amonyak, üre sentezi için kullanılır ve piruvat, kanla kaslara geri dönen ve amonyak transferinin glikoz-alanin döngüsünü kapatan glikozun sentezi için kullanılır. Bu döngü olurözel anlam
Oruç sırasında, glukoneogenez sırasında karaciğer, kas proteinlerinin parçalanması sırasında oluşan amino asitleri kullanır.
Serin ve glisin sentezi
Serin, ilk önce bir keto aside (trifosfat hidroksipiruvat) oksitlenen glikosil-3-fosfat gliserolden üç aşamada sentezlenir; glutamik asit ile transaminasyona tabi tutulur ve serin ve inorganik fosfora hidrolize edilen 3-fosfat-serine dönüştürülür.
Glisin, hidroksimetil grubunun serinden çıkarılmasıyla sentezlenir (yukarıya bakın). Reaksiyon, monokarbon gruplarının taşıyıcısı olan tetrahidrofolik asidin katılımıyla gerçekleşir.
Bu tür bir transfer, nükleotidlerin sentezi için önemlidir.
Glutamin (aynı zamanda alanin), amino asitlerin deaminasyonu sırasında oluşan kandaki amonyağın taşıma şekli olarak görev yapar.
Amonyak toksiktir ve bu nedenle karaciğere serbest formda girmez, ancak glutamik asit ile kombinasyon halinde, glutamin sentetaz enziminin katılımıyla glutamik asit amid oluşturur veya
glutamin. Bir ara ürün olarak gamaglutamil fosfat (glutamik ve fosforik asitlerin anhidriti) oluşur - bu, sentetazın katılımıyla amonyum iyonlarıyla etkileşime girebilen yüksek enerjili bir bileşiktir (bkz. Bölüm 8).
Glutaminin kaynağı, diğer amino asitlerle transaminasyona uğrayan Krebs döngüsünden elde edilen alfa-ketoglutarattır.
Glutamin kan yoluyla karaciğere taşınır, burada glutaminaz tarafından hidrolize edilir ve açığa çıkan amonyak üre sentezi için kullanılır.
Fenilalanin, normal çalışan bir vücutta fazlalığı, koenzim - tetrahidrobiopterinden 2 hidrojen atomu sağlayan fenilalanin 4-hidroksilazın katılımıyla tirozine dönüştürülen aromatik bir amino asittir (yukarıya bakın).
Lösin, izolösin ve valin, ara ürünleri lösinozda keto asitler şeklinde biriken alifatik amino asitlerdir (yukarıya bakın).
Amino asitlerden diğer bileşiklerin metabolizması
Proteinlere ek olarak amino asitler şunları oluşturur: aminler (dekarboksilasyonun bir sonucu olarak); dopamin, epinefrin ve norepinefrin dahil olmak üzere katekolaminler veya yapı olarak katekole benzer hormonlar (örneğin 1,2-dehidroksibenzen); nörotransmiterler (GABA ve 5-hidroksitriptamin) ve ayrıca tiroksin hormonu.
Amino grupları, amino asitlerden çıkarıldıktan sonra idrarla üre şeklinde atılır - bu, inert, suda çözünür, toksik olmayan bir bileşiktir.
Guanidin grubu arjininden ayrıldığında karaciğerde üre oluşur. Bu durumda, aynı anda bir amino asit oluşur - vücudun ana proteinlerinin bir parçası olmayan ornitin.
Ornitin'i tekrar arginin'e dönüştürmek için, karbondioksitten elde edilen bir karbon atomu ve esansiyel amino asitlerden herhangi birinin metabolizması sırasında açığa çıkan bir amin nitrojen kullanılır.
Ornitinden arginin oluşumu birkaç aşamada gerçekleşir. Amino asit sitrulin, vücudun ana proteinlerinin bir parçası olmayan bir ara ürün olarak oluşur; karaciğerde üre sentezini uyarır (ornintin ve arginin gibi).
Protein bozulması
Protein bozulması, eski protein moleküllerinin yeni moleküllerle değiştirilmesidir. Metabolizma sırasında vücudun tüm hücre ve dokularında ortaya çıkar. Sincapların farklı yaşam süreleri vardır. Uzun ömürlü proteinler arasında yapısal proteinler ve hemoglobin bulunur. Karaciğer proteinleri birkaç gün yaşar.
Pek çok proteinin ömrü 20 saatten fazla değildir ve bazıları on, hatta iki dakikadan fazla yaşamaz.
Proteinlerin farklı yaşam süreleri nedeniyle bunların parçalanması yüksek seçicilikle karakterize edilir.
Amino asitlerin sentezi ve bunlardan yapısal ve düzenleyici proteinlerin müteakip üretimi sırasında, bunların mutlak yapısal (ve işlevsel) doğruluğu her zaman gözlenmez. Bu nedenle, hücrelerde kaçınılmaz olarak hatalı protein katlanmasını gerektiren hatalı amino asitler oluşur (bkz. Bölüm 3) ve bu tür proteinler hücre tarafından yok edilir, yani. bir yıkım sürecine giriyor. Protein ubikuitin seçici yıkım için önemlidir.
Bu, terminal karboksil grubunun, yıkıma uğraması gereken hedef proteinin yan zincirinin (lizin kalıntıları) amino grubuna bağlandığı ATP'ye bağımlı bir reaksiyona katılan küçük bir proteindir; onu "işaretliyor" gibi görünüyor.
Amino asit metabolizması
Proteinler vücutta en çok bulunan organik maddelerdir ve kuru vücut kütlesinin (10-12 kg) büyük çoğunluğunu oluştururlar. Protein metabolizması amino asit metabolizması olarak kabul edilir.
Proteinlerin sindirimi Sindirilir ve emilir yiyecek Ve endojen
proteinler. Endojen proteinler (30-100 g/gün), sindirim enzimleri ve dökülmüş bağırsak epitelinin proteinleri ile temsil edilir. Proteinlerin sindirimi ve emilimi çok verimli bir şekilde gerçekleşir ve bu nedenle bağırsak içeriğinde yalnızca yaklaşık 5-10 g protein kaybolur. Gıda proteinleri denatüre olduğundan sindirimi kolaylaştırır. Protein sindirim enzimleri ( hidrolazlar ) spesifik olarak proteinlerdeki peptid bağlarını böler ve bu nedenle denir peptidazlar . 2 gruba ayrılırlar: 1) endopeptidazlar – dahili peptit bağlarını parçalayın ve protein parçaları (pepsin, trypsin) oluşturun; 2) ekzopeptidazlar terminal amino asitlerin peptid bağları üzerinde etkilidir. Ekzopeptidazlar ikiye ayrılır karboksipeptidazlar (C-terminal amino asitlerini ayırın) ve aminopeptidazlar
(N-terminal amino asitlerini ayırın). Protein sindirimi için proteolitik enzimler üretilir., karın yiyecek pankreas ince bağırsak
. Ağız boşluğunda tükürükteki enzim eksikliği nedeniyle proteinler sindirilemez.. Protein sindirimi midede başlar. Proteinler mide mukozasına girdiğinde hormon benzeri bir madde üretilir. gastrin HCl salgılanmasını aktive eden paryetal hücreler mide ve pepsinojen - baş hücreler karın.
Hidroklorik asit (mide suyunun pH'ı 1.0-2.5) en önemli 2 işlevi yerine getirir: proteinlerin denatürasyonuna ve mikroorganizmaların ölümüne neden olur. Yetişkin bir insanda mide suyu enzimleri pepsin Ve gastrikin, bebeklerde Rennin.
1. Pepsin üretilir ana mide mukozasının hücreleri formda aktif olmayan bir formda pepsinojen(aa 40000 Da). Pepsinojen, varlığında aktif pepsine dönüştürülür. HC1 Ve otokatalitik olarak diğer pepsin moleküllerinin etkisi altında: 5 nötr peptit (mw yaklaşık 1000 Da) ve bir alkalin peptit (mw 3200 Da) formunda 42 amino asit kalıntısı molekülün N-terminalinden ayrılır. Aa. pepsin 32700 Evet, optimum pH 1,0-2,0
. Pepsin, oluşan peptid bağlarının hidrolizini katalize eder aromatik amino asitlerin amino grupları(saç kurutma makinesi, atış poligonu) yanı sıra aspartik, glutamik asitler, lösin ve ala-ala, ala-ser çiftleri. 
2. Pepsinojenden pepsin benzeri başka bir enzim oluşur. gastrikin(mm 31500 Da), optimum pH 3,0-5,0. Normal mide suyunda pepsin/gastriksin oranı 4:1'dir.
3. Rennin bebeklerin mide suyunda bulunur; optimum pH 4,5. Enzim sütü keser, yani. kalsiyum iyonlarının varlığında çözünür hale gelir kazeinojençözünmez kazein. Sindirim sistemindeki ilerlemesi yavaşlar, bu da proteinazların etki süresini artırır.
Midedeki enzimlerin etkisiyle peptitler ve az miktarda serbest amino asitler oluşur ve bu da salınımı uyarır. kolesistokinin duodenumda.
Duodenum. Mide içeriği duodenuma girer ve salgıyı uyarır. sekretin kanın içine. Sekretin, pankreastaki hidroklorik asidi nötralize eden ve pH'ı 7,0'a yükselten bikarbonatların salgılanmasını aktive eder. Duodenumun üst kısmında oluşan serbest amino asitlerin etkisi altında, kolesistokinin Pankreas enzimlerinin salgılanmasını ve safra kesesinin kasılmasını uyarır.
Protein sindirimi, pankreas kökenli bir grup serin (aktif merkezde bir OH serin grubu vardır) proteinazları tarafından gerçekleştirilir: Tripsin, kimotripsin, karboksipeptidaz, elastaz.
1. Enzimler formda üretilir etkin olmayan öncüller- proenzimler. Aktif olmayan öncüller formundaki proteolitik enzimlerin sentezi, pankreasın ekzokrin hücrelerini yıkımdan korur. Pankreasta da sentezlenir pankreas trypsin inhibitörü Pankreasta aktif enzimlerin sentezini engeller.
2. Proenzimlerin aktivasyonu için anahtar enzim enteropeptidaz(enterokinaz), bağırsak mukozasının hücreleri tarafından salgılanır.
3. Enterokinaz, hekzapeptidi N terminalinden ayırır Tripsinojen ve aktif oluşur Tripsin, bu daha sonra kalan proteinazları aktive eder.
4. Tripsin, oluşumu karboksil gruplarını içeren peptid bağlarının hidrolizini katalize eder temel amino asitler(lisin, arginin).
5.Kimotripsin- pankreasta kimotripsinojen formunda üretilen endopeptidaz. İnce bağırsakta, tripsinin katılımıyla aktif kimotripsin formları oluşur - a, d ve p. Kimotripsin, oluşan peptid bağlarının hidrolizini katalize eder aromatik amino asitlerin karboksil grupları.
6. Özel bağ dokusu proteinleri (elastin ve kollajen) pankreatik endopeptidazların yardımıyla sindirilir - elastaz yiyecek kolajenaz.
7. Pankreas karboksipeptidazları (A ve B) metaloenzimler, Zn 2+ iyonları içerir. Substrat spesifikliğine sahiptirler ve C-terminal amino asitlerini parçalarlar. Duodenumdaki sindirim sonucunda küçük peptitler (2-8 amino asit) ve serbest amino asitler oluşur.
İnce bağırsakta kısa peptitlerin son sindirimi ve amino asitlerin emilimi meydana gelir. Burada harekete geçin (C-terminal amino asitlerini ayırın) ve bağırsak kökenli, N-terminal amino asitlerin yanı sıra üç - yiyecek dipeptidazlar.
Amino asitlerin emilimi
Serbest amino asitler, dipeptitler ve az miktarda tripeptitler ince bağırsakta emilir. Emilimden sonra di- ve tripeptitler sitozolde serbest amino asitlere hidrolize edilir epitel hücreleri. Sadece proteinli yiyecekler yedikten sonra serbest amino asitler portal vende bulunur. Kandaki maksimum amino asit konsantrasyonuna ulaşılır 30-50'de yemekten dakika sonra.
Serbest L-amino asitler yoluyla taşınır hücre zarları ikincil aktif taşıma, Na + , K + -ATPaz'ın işleyişi ile ilişkilidir. Amino asitlerin hücrelere transferi çoğunlukla amino asitlerin ve sodyum iyonlarının bir belirtisi olarak meydana gelir. Her biri yapı olarak benzer amino asitleri taşıyacak şekilde yapılandırılmış en az altı taşıma sisteminin (translokazlar) olduğuna inanılmaktadır: 1) küçük bir radikale (ala, ser, tri) sahip nötr amino asitler; 2) hacimli radikal ve aromatik amino asitlere sahip nötr amino asitler (val, leu, ile, met, fen, tyr); 3) asidik amino asitler(asp, glu), 4) temel amino asitler (lys, arg), 5) prolin, 6) β-amino asitler (taurin, β-alanin). Bu sistemler, sodyum iyonlarını bağlayarak, taşıyıcı proteinin, amino asit için büyük ölçüde artan afiniteye sahip bir duruma geçişini indükler; Na+, bir konsantrasyon gradyanı boyunca hücre içine taşınma eğilimindedir ve aynı zamanda amino asit moleküllerini hücre içine aktarır. Na + gradyanı ne kadar yüksek olursa, translokazdaki karşılık gelen bağlanma bölgeleri için birbirleriyle rekabet eden amino asitlerin emilim hızı da o kadar yüksek olur.
Diğer mekanizmalar bilinmektedir aktif taşıma Amino asitler plazma membranından geçer. A. Meister, amino asitlerin plazma zarları yoluyla zar ötesi transferi için bir şema önerdi. g-glutaminil döngüsü.
Amino asitlerin hücre zarları boyunca taşınması için γ-glutamil döngüsünün hipotezine uygun olarak, amino asit taşıyıcısının rolü yaygın olanlara aittir. biyolojik sistemler tripeptit glutatyon.
1. Ana rol Bu süreçte bir enzim rol oynar g-glutaminiltransferaz(transpeptidaz), plazma zarında lokalizedir. Bu enzim, hücre içi tripeptit glutatyonun (g-gluk-cis-gly) g-glutamil grubunu hücre dışı bir amino asite aktarır.
2. Ortaya çıkan kompleks g-glutamil amino asit Amino asidin salındığı hücrenin sitozolüne nüfuz eder.
3. 5-oksoprolin formundaki g-glutamil grubu, bir dizi enzimatik adımla ve ATP'nin katılımıyla birleşir. cis-gli bu da glutatyon molekülünün restorasyonuna yol açar. Bir sonraki amino asit molekülü zardan aktarıldığında dönüşüm döngüsü tekrarlanır. Bir amino asidi taşımak için kullanılır 3 ATP molekülü.
γ-glutamil döngüsünün tüm enzimleri çeşitli dokularda yüksek konsantrasyonlarda bulunur - böbrekler, ince bağırsağın villi epitelyumu, tükürük bezleri, safra kanalı vb. Bağırsakta emildikten sonra amino asitler portal damar yoluyla karaciğere girer ve Daha sonra kan yoluyla vücudun tüm dokularına dağıtılır.
Sağlam protein ve peptidlerin emilimi: Doğumdan kısa bir süre sonra, sağlam peptidler ve proteinler bağırsakta endositoz veya pinositoz yoluyla emilebilir. Bu mekanizma, anne immünoglobulinlerinin çocuğun vücuduna aktarılması için önemlidir. Yetişkinlerde bozulmamış protein ve peptidlerin emilimi gerçekleşmez. Ancak bazı insanlar antikor oluşumuna ve gıda alerjilerinin gelişmesine neden olan bu süreci yaşarlar. İÇİNDE son yıllar Polimer molekül parçalarının, ince bağırsağın distal kısımlarının mukoza zarındaki Peyer yamaları bölgesindeki lenfatik damarlara aktarılma olasılığı hakkında bir görüş dile getirildi.
Vücudun amino asit rezervleri
Bir yetişkinin vücudunda, amino asit fonunu (havuzu) oluşturan yaklaşık 100 g serbest amino asit vardır. Glutamat ve glutamin, amino asitlerin %50'sini, esansiyel (temel) amino asitlerin ise yaklaşık %10'unu oluşturur. Konsantrasyon hücre içi amino asitler her zaman olduğundan daha yüksek hücre dışı. Amino asit havuzu, amino asitlerin temini ve bunların kullanımı için metabolik yollar tarafından belirlenir.
Amino asit kaynakları
Vücut proteinlerinin metabolizması, proteinlerin gıdalardan alınması ve esansiyel olmayan amino asitlerin sentezi vücuttaki amino asit kaynaklarıdır.
1. Proteinler şuralarda bulunur: dinamik durum, yani değişme. İnsan vücudu yaklaşık olarak değişir 300-400 gr proteinler. Proteinlerin yarı ömrü dakikalardan (kan plazma proteinleri) birçok güne (genellikle 5-15 gün) ve hatta aylar ve yıllara (örneğin kolajen) kadar değişir. Anormal, kusurlu ve hasarlı proteinler vücut tarafından kullanılamadığından ve fonksiyonel protein gerektiren süreçleri engellediğinden dolayı yok edilir. Protein yıkım hızını etkileyen faktörler şunları içerir: a) denatürasyon (yani doğal konformasyonun kaybı) proteolizi hızlandırır; b) lizozomal enzimlerin aktivasyonu; c) glukokortikoidler ve aşırı tiroid hormonları proteolizi artırır; d) insülin proteolizi azaltır ve protein sentezini arttırır.
2.Gıda proteinleri. Değiştirilen proteinlerin yaklaşık %25'i, yani. 100 g amino asit parçalanır ve bu kayıplar yiyecekle dolduruldu. Amino asitler nitrojen içeren bileşikler için ana nitrojen kaynağı olduğundan vücudun nitrojen dengesinin durumunu belirlerler. Azot dengesi- Bu, vücuda giren nitrojen ile vücuttan atılan nitrojen arasındaki farktır. Azot dengesi Vücuda giren nitrojen miktarının vücuttan atılan nitrojen miktarına eşit olup olmadığı gözlemlenir (yetişkinlerde) sağlıklı insanlar). Pozitif nitrojen dengesi Vücuda giren nitrojen miktarının vücuttan atılan nitrojen miktarından fazla olması durumunda gözlenir (büyüme, anabolik ilaçların uygulanması, fetal gelişim). Negatif nitrojen dengesi Vücuda giren azot miktarının vücuttan atılan azot miktarından az olması durumunda gözlenir (yaşlanma, protein açlığı, hipokinezi, kronik hastalıklar, yanıklar). Kauçuk aşınma katsayısı- 8-10 günlük bir protein orucu sırasında, dokularda yaklaşık olarak sabit miktarda protein parçalanır - 1 kg vücut ağırlığı başına günde 23,2 g veya 53 mg nitrojen (0,053 × 6,25 × 70 = 23,2, burada 6,25) - proteinlerin yaklaşık %16 nitrojen içerdiğini gösteren katsayı; 70 kg - insan vücut ağırlığı). Yiyecek günde 23,2 g protein içeriyorsa, negatif nitrojen dengesi gelişir. Proteinlerin fizyolojik minimumu (günde yaklaşık 30-45 g) nitrojen dengesine yol açar (ancak kısa bir süre için). Ortalama fiziksel aktivite ile bir kişinin günde 100-120 g proteine ihtiyacı vardır.
23.6.1. Amino asitlerin dekarboksilasyonu - CO2 oluşturmak için bir karboksil grubunun bir amino asitten bölünmesi. Amino asit dekarboksilasyon reaksiyonlarının ürünleri biyojen aminler vücuttaki metabolizmanın ve fizyolojik süreçlerin düzenlenmesinde rol oynar (bkz. Tablo 23.1).
Tablo 23.1
Biyojen aminler ve öncülleri.
Amino asitlerin ve türevlerinin dekarboksilasyon reaksiyonları aşağıdakiler tarafından katalize edilir: dekarboksilaz amino asitler. Koenzim - piridoksal fosfat (B6 vitamini türevi). Reaksiyonlar geri döndürülemez.
23.6.2. Dekarboksilasyon reaksiyonlarına örnekler. Bazı amino asitler doğrudan dekarboksilasyona uğrar. Dekarboksilasyon reaksiyonu histidin :
Histaminözellikle iltihap bölgesindeki kılcal damarlarda güçlü bir damar genişletici etkiye sahiptir; hem pepsinin hem de gastrik sekresyonunu uyarır. hidroklorik asit ve midenin salgı fonksiyonunu incelemek için kullanılır.
Dekarboksilasyon reaksiyonu glutamat :
GABA- merkezi sinir sistemindeki inhibitör verici.
Bir dizi amino asit, ön oksidasyondan sonra dekarboksilasyona uğrar. Hidroksilasyon ürünü triptofan serotonine dönüştürülür:
Serotonin esas olarak merkezi hücrelerde oluşur sinir sistemi, vazokonstriktör etkisi vardır. Kan basıncının, vücut ısısının, solunumun ve böbrek filtrasyonunun düzenlenmesine katılır.
Hidroksilasyon ürünü tirozin dopamine dönüşür:
Dopamin katekolaminlerin öncüsü olarak görev yapar; Merkezi sinir sisteminde inhibitör tipte bir aracıdır.
tiogrup sistein bir sülfo grubuna oksitlenir, bu reaksiyonun ürünü taurin oluşturmak üzere dekarboksile edilir:
Taurin esas olarak karaciğerde oluşur; eşleştirilmiş safra asitlerinin (taurokolik asit) sentezine katılır.
21.5.3. Biyojen aminlerin katabolizması. Organ ve dokularda biyojenik aminlerin birikmesini engelleyen özel mekanizmalar bulunmaktadır. Biyojenik aminlerin inaktivasyonunun ana yolu - amonyak oluşumu ile oksidatif deaminasyon - mono ve diamin oksidazlar tarafından katalize edilir.
Monoamin oksidaz (MAO)- FAD içeren enzim - reaksiyonu gerçekleştirir:
Klinik, depresif koşulları tedavi etmek için MAO inhibitörleri (nialamid, pirazidol) kullanıyor.
Amino asitler, protein sentezinin yanı sıra, önemli biyolojik önemi olan çeşitli protein dışı bileşiklerin sentezinde de kullanılır. Bazı amino asitler bozunmaya uğrayarak son ürünlere dönüşürler: C0 2, H 2 0 ve NH3 Ayrışma çoğu amino asitte ortak olan reaksiyonlarla başlar.
Bunlar şunları içerir:
a) dekarboksilasyon - karboksil grubunun amino asitlerden karbondioksit formunda çıkarılması:
Tüm amino asitler transaminasyona uğrar. Bu reaksiyon, oluşumu B6 vitamini - piridoksin gerektiren bir koenzim - fosfopiridoksal içerir.
Transaminasyon, vücuttaki amino asitlerin ana dönüşümüdür, çünkü hızı dekarboksilasyon ve deaminasyon reaksiyonlarından çok daha yüksektir.
Transaminasyon iki ana işlevi yerine getirir:
a) Transaminasyon nedeniyle bazı amino asitler diğerlerine dönüştürülebilir. Bu durumda amino asitlerin toplam sayısı değişmez ancak aralarındaki oran değişir. Besinlerle birlikte amino asitlerin vücut proteinlerine göre farklı oranlarda bulunduğu yabancı proteinler vücuda girer. Transaminasyon ile vücudun amino asit bileşimi ayarlanır.
b) öyle ayrılmaz parça dolaylı (dolaylı) deaminasyon amino asitler - çoğu amino asidin parçalanmasının başladığı süreç.
Bu sürecin ilk aşamasında amino asitler α-ketoglutarik asit ile transaminasyon reaksiyonuna girer. Amino asitler a-keto asitlere, a-ketoglutarik asit ise glutamik aside (amino asit) dönüştürülür.
İkinci aşamada ortaya çıkan glutamik asit deaminasyona uğrar, NH3 ondan ayrılır ve tekrar a-ketoglutarik asit oluşur. Ortaya çıkan α-keto asitler daha sonra derin bir ayrışmaya uğrar ve nihai C0 2 ve H 2 0 ürünlerine dönüştürülür. 20 keto asidin her biri (amino asit türleri kadar çok sayıda oluşur) kendine özgü özelliklere sahiptir. ayrışma yolları. Ancak bazı amino asitlerin parçalanması sırasında piruvik asit glikozun sentezlenebildiği bir madde. Bu nedenle, bu tür keto asitlerin ortaya çıktığı amino asitlere denir. glikojenik. Diğer keto asitler parçalanmaları sırasında piruvat oluşturmazlar. Ara ürünleri, glikoz elde etmenin imkansız olduğu ancak keton cisimlerinin sentezlenebildiği asetil koenzim A'dır. Bu tür keto asitlere karşılık gelen amino asitlere ketojenik denir.
Amino asitlerin dolaylı deaminasyonunun ikinci ürünü amonyaktır. Amonyak vücut için oldukça toksiktir. Bu nedenle vücudun nötralizasyonu için moleküler mekanizmalar vardır. NH3 oluşurken tüm dokulardaki glutamik aside bağlanarak glutamin oluşturur. Bu amonyağın geçici nötralizasyonu. Glutamin kan dolaşımıyla karaciğere girer ve burada tekrar glutamik asit ve NH3'e parçalanır. Ortaya çıkan glutamik asit, yeni amonyak kısımlarını nötralize etmek için kanla birlikte organlara geri gönderilir. Açığa çıkan amonyak ve karaciğerdeki karbondioksit sentez için kullanılır. üre.
Üre sentezi, büyük miktarda enerji tüketen döngüsel, çok aşamalı bir işlemdir. Amino asit ornitin, üre sentezinde çok önemli bir rol oynar. Bu amino asit proteinlerin bir parçası değildir. Ornitin başka bir amino asitten oluşur. arginin, proteinlerde bulunan bir maddedir. Ornitinin önemli rolü nedeniyle üre sentezine denir ornitin döngüsü.
Sentez işlemi sırasında ornitine iki molekül amonyak ve bir molekül karbondioksit eklenir ve ornitin arginin'e dönüştürülür, buradan üre hemen ayrılır ve yeniden ornitin oluşur. Ornitin ve arginin ile birlikte amino asitler de üre oluşumuna katılır: glutamin Ve aspartik asit. Glutamin amonyak tedarikçisidir ve aspartik asit onun taşıyıcısıdır.
Üre sentezi amonyağın son nötrleştirilmesi.Üre karaciğerden kanla birlikte böbreklere girer ve idrarla atılır. Günde 20-35 gr üre oluşur. Ürenin idrarla atılması, vücuttaki proteinlerin parçalanma hızını karakterize eder.
Bölüm 3. Kas dokusunun biyokimyası
Ders 5. Kasların biyokimyası