Pentru a vorbi despre cei douăzeci de aminoacizi care alcătuiesc proteinele și structurile modificate, ar trebui descrise cel puțin douăsprezece căi metabolice specializate.
Dar de ce celulele folosesc atât de multe căi metabolice care necesită energie (de exemplu pentru a regenera situsurile catalitice ale enzimelor), fiecare cu un patrimoniu enzimatic, pentru a cataboliza aminoacizii? Aproape toți aminoacizii pot fi obținuți, prin căi specializate, a metaboliților care sunt utilizați în mică măsură pentru a produce energie (de exemplu prin gluconeogeneză și calea corpurilor cetone), dar care, mai presus de toate, conduc la formarea de molecule complexe, cu un număr mare de atomi de carbon (de exemplu, de la fenilalanină și tirozină, în glandele suprarenale specializate în acest scop, se produc hormoni); dacă pe de o parte ar fi simplu să se producă energie din aminoacizi, pe de altă parte ar fi dificil să se construiască molecule complexe pornind de la molecule mici: catabolismul aminoacizilor face posibilă exploatarea scheletului lor pentru a obține specii mai mari.
Două sau trei hectolitri de aminoacizi sunt degradate zilnic de către un individ sănătos: 60-100 g din acestea derivă din proteinele introduse cu dieta, dar peste 2 ets sunt obținute din transformarea normală a proteinelor care fac parte integrantă din organism (aminoacizi) din aceste proteine, care sunt afectate de procesele de reducere a oxidării, sunt înlocuite cu altele și sunt catabolizate).
Aminoacizii dau o contribuție energetică în ceea ce privește ATP: după eliminarea grupării a-amino, scheletul carbonic rămas al aminoacizilor, după transformări adecvate, poate intra în ciclul krebs. În plus, atunci când lipsa de nutrienți și cantitatea de glucoză scade, gluconeogeneza este activată: numim aminoacizi gluconeogenetici cei care, după modificări adecvate, pot fi introduși în gluconeogeneză; aminoacizii gluconeogenetici sunt cei care pot fi transformați în piruvat sau fumarat (fumaratul poate fi transformat într-un pacient care părăsește mitocondria și, în citoplasmă, este transformat în oxaloacetat din care poate fi obținut piruvatul de fosfoenol). În schimb, se menționează că aminoacizii cetogenici sunt aceia care pot fi transformați în acetil coenzima A și acetat de oțet.
Cel descris mai sus este un aspect foarte important deoarece aminoacizii pot remedia lipsa de zahăr în cazul postului imediat; dacă persistă postul, după două zile se intervine metabolismul lipidic (deoarece nu puteți ataca structurile proteice prea mult), în această fază, deoarece gluconeogeneza este foarte limitată, acizii grași sunt transformați în acetil coenzima A și în corpurile cetone . De la un repede, chiar și creierul se adaptează pentru a folosi corpurile cetone.
Transferul grupării a-amino din aminoacizi are loc printr-o reacție de transaminare; enzimele care catalizează această reacție sunt considerate a fi transaminaze (sau amino transferaze). Aceste enzime utilizează un cofactor enzimatic numit piridoxal fosfat, care intervine cu grupul său de aldehide. Pyridoxal fosfatul este produsul fosforilării piridoxinei care este o vitamină (B6) conținută în principal în legume.
Transaminazele au următoarele proprietăți:
Specificitate ridicată pentru un cuplu de a-ketoglutarat-glutamat;
Ei iau numele de la al doilea cuplu.
Enzimele transaminazice implică întotdeauna perechile α-ketoglutarat-glutamat și se disting în funcție de a doua pereche implicată.
Exemple:
Asparat transaminază sau GOT (glutamat oxalat transaminază): enzima transferă gruparea α-amino de la aspartat la α-ketoglutaratul, obținându-se oxalacetat și glutamat.
Transaminaza alaninei sau GTP (Glutamat-Pyruvat Transaminaza): enzima transferă gruparea α-amino din alanină în a-ketoglutarat pentru a obține piruvat și glutamat.
Diferitele transaminaze utilizează α-ketoglurat ca acceptor al grupării amino a aminoacizilor și îl transformă în glutamat; în timp ce aminoacizii care se formează sunt utilizați în calea corpurilor cetone.
Acest tip de reacție poate apărea în ambele direcții, deoarece acestea se sparg și formează legături cu același conținut energetic.
Transaminazele sunt atât în citoplasmă cât și în mitocondriu (ele sunt în mare parte active în citoplasmă) și diferă în punctul lor izoelectric.
Transaminazele pot, de asemenea, să decarboxilaze aminoacizii.
Trebuie să existe o modalitate de a transforma glutamatul înapoi în α-ketoglutarat: acest lucru se face prin deaminare.
Glutamat dehidrogenaza este o enzimă capabilă să transforme glutamatul în α-ketoglutarat și, prin urmare, să transforme grupele amino ale aminoacizilor care se găsesc sub formă de glutamat în amoniac. Ce se întâmplă este un proces de reducere a oxidării care trece prin a-amino glutaratul intermediar: amoniacul și α-ketoglutaratul sunt eliberate și se reîntorc în circulație.
Astfel, eliminarea grupărilor amino amino trece prin transaminaze (diferite în funcție de substrat) și glutamat dehidrogenază, care determină formarea de amoniac.
Există două tipuri de glutamat dehidrogenază: citoplasmatică și mitocondrială; cofactorul, care este de asemenea cosubstrat al acestei enzime, este NAD (P) +: glutamat dehidrogenaza utilizand ca acceptor de putere redusa sau NAD + sau NADP +. Forma citoplasmatică preferă, deși nu exclusiv, NADP +, în timp ce forma mitocondrială preferă NAD +. Forma mitocondrială are ca scop eliminarea grupărilor aminice: duce la formarea de amoniac (care este un substrat pentru o enzimă mitocondrială specializată) și NADH (care este trimis în lanțul respirator). Forma citoplasmatică funcționează în direcția opusă, adică folosește amoniac și α-cetoglutarat pentru a da glutamat (care are o destinație biosintetică): această reacție este o biosinteză reductivă și cofactorul utilizat este NADPH.
Glutamatul dehidrogenaza funcționează atunci când este necesar să elimine grupele amino ale aminoacizilor ca amoniac (prin urină) sau atunci când scheletele de aminoacizi sunt necesare pentru a produce energie: această enzimă va avea ca modulatori negativi sistemele care sunt indicele unei disponibilități bune de energie (ATP, GTP și NAD (P) H) și ca modulatori pozitivi, sisteme care indică o nevoie de energie (AMP, ADP, PIB, NAD (P) +, aminoacizi și hormoni tiroidieni).
Aminoacizii (în principal leucina) sunt modulatori pozitivi ai glutamatdehidrogenazei: dacă aminoacizii sunt prezenți în citoplasmă, aceștia pot fi utilizați pentru sinteza proteinelor sau trebuie eliminați deoarece nu pot fi acumulați (acest lucru explică de ce aminoacizii sunt modulatori pozitivi) .
Eliminarea amoniacului: ciclul de uree
Peștele dispune de amoniac prin plasarea acestuia în apă prin branhii; păsările îl transformă în acid uric (care este un produs de condensare) și îl elimină prin fecale. Să vedem ce se întâmplă la om: am spus că glutamat dehidrogenaza transformă glutamatul în α-ketoglutarat și amoniac, dar nu am spus că acest lucru se întâmplă doar în mitocondriile ficatului.
Un rol fundamental al eliminării amoniacului, prin ciclul ureei, este acoperit de transaminaze mitocondriale.
dioxidul de carbon, sub formă de ion bicarbonat (HCO3-), este activat de cofactorul de biotină care formează carboxi biotina care reacționează cu amoniacul pentru a da acidul carbamic; reacția ulterioară utilizează ATP pentru a transfera un fosfat pe acidul carbamic care formează carbamil fosfat și ADP (conversia ATP în ADP este forța motrice pentru obținerea carboxibotinei). Această fază este catalizată de carbamil fosfat sintază și apare în mitocondrion. Carbamil fosfatul și ornitina sunt substraturi pentru trans- carbamicilaza de enitin ornitină care le transformă în citrulină; această reacție apare în mitocondriile (hepatocitelor). Citrulina produsă, părăsește mitocondriul și, în citoplasmă, se află sub acțiunea succinatului de succinat de arginină : există fuziunea dintre scheletul carbonat de citrulină și cel al unui aspartat printr-un atac nucleofil și eliminarea ulterioară a apei. Enzima succinat succinat de sinteză necesită o moleculă de ATP prin urmare are o cuplare energetică: hidroliza ATP la AMP și pirofosfatul (ultima este apoi transformată în două molecule de ortofosfat) are loc prin ejecția unei molecule de apă din substrat și nu datorită acțiunii apei din mediu.
Următoarea enzimă este arginin succinaza : această enzimă este capabilă să împartă succinatul de arginină în arginină și fumarat în interiorul citoplasmei.
Ciclul de uree este completat de enzima arginază : ureea și ornitina sunt obținute; ureea este drenată de rinichi (urină) în timp ce ornitina revine la mitocondrie și reia ciclul.
Ciclul de uree este supus modularității indirecte de către arginină: acumularea de arginină indică necesitatea accelerării ciclului ureei; Modularea argininei este indirectă deoarece arginina modulează pozitiv enzima acetil glutamat sintază. Acesta din urmă este capabil să transfere o grupare acetil pe azotul unui glutamat: formează N-acetil glutamat care este un modulator direct al enzimei carbamil-fosfo-sintetază.
Arginina se acumulează ca un metabolit al ciclului ureei dacă producția de carbamil-fosfat nu este suficientă pentru eliminarea ornitinei.
Ureea este produsă numai în ficat, dar există și alte site-uri în care au loc reacțiile inițiale.
Creierul și mușchii folosesc strategii particulare pentru a elimina grupurile amino. Creierul folosește o metodă foarte eficientă în care se utilizează o enzimă de glutamină sintază și o enzimă glutamază : prima este prezentă în neuroni, în timp ce cea din urmă se găsește în ficat. Acest mecanism este foarte eficient din două motive:
Două grupuri amino sunt transportate din creier în ficat cu un singur vehicul;
Glutamina este mult mai puțin toxică decât glutamatul (glutamatul efectuează și transferul neuronal și nu trebuie să depășească concentrația fiziologică).
În pești, un mecanism similar conduce grupul amino de aminoacizi la branhii.
Din mușchi (schelet și cardiac), grupările amino ajung la ficat prin ciclul de glucoză-alanină; enzima implicată este glutamina piruvat transaminază: permite transpunerea grupelor aminice (care sunt sub formă de glutamat), transformând piruvatul în alanină și, simultan, glutamatul în α-ketoglutarat în mușchi și catalizând procesul invers în ficat.
Transaminazele cu diferite sarcini sau poziții au de asemenea diferențe structurale și pot fi determinate prin electroforeză (au puncte izoelectrice diferite).
Prezența transaminazelor în sânge poate fi un simptom al unei leziuni hepatice sau cardiopatice (adică afectarea țesutului hepatic sau celulelor inimii); transaminazele sunt în concentrație foarte ridicată atât în ficat, cât și în inimă: prin electroforeză se poate stabili dacă leziunea a apărut în ficat sau celulele inimii.
