Transcript Metabolismul proteinelor 2a

METABOLISMUL
PROTEINELOR
ASPECTE GENERALE
METABOLISMUL AMONIACULUI
ASPECTE GENERALE
 Amoniacul rezultă în organism prin:
- dezaminarea oxidativă a aminoacizilor
- din proteinele alimentare sub acţiunea bacteriilor
intestinale
- din ureea prezentă în lichidele din tractul gastrointestinal
 Normal amoniemia: 10-20 μg/100 ml
 Intoxicaţiile cu amoniac se manifestă prin: - greaţă
- vărsături
- convulsii
- coma prin hiperamoniemie
(când concentraţia NH3 ≈100 μg/100 ml)
 Mecanism: sustragerea α-Kg din ciclul celular şi
diminuarea ATP
 Dovezi: nivelul Glu şi Gln sunt crescute în creier în
intoxicaţiile cu amoniac
 Problemă importantă: transportul NH3 prin sânge în
formă netoxică
CICLUL GLUTAMINA-GLUTAMIC
 La nivelul diverselor
ţesuturi (muşchi, creier,
glande) are loc sinteza
glutaminei în prezenţa
glutamin-sintetazei
O
COOH
CH2
CH2
CH NH2
COOH
Glutamic
NH3
H2O
Glutaminsintetazã
Mg2+
ADP+Pa
ATP
C
NH2
CH2
CH2
CH NH2
COOH
Glutaminã
(glutamidã)
 Reacţia este ireversibilă,
iar amoniacul – modulator pozitiv
 Gln – aminoacid propriu organismului (netoxic);
concentraţia acestui aminoacid în sânge este de 3-5 ori
mai mare decât a altor aminoacizi, ceea ce reflectă
importanţa lui
 La ficat şi rinichi glutamina suferă acţiunea
glutaminazei, care
eliberează amoniacul,
O
convertit în uree
C
H
O
NH3
2
NH2
(la ficat) eliminată
CH2
prin urină şi în ionul
CH2
amoniu (la rinichi)
glutaminazã
eliminat de asemenea CH NH2
prin urină
COOH
Glutaminã
COOH
CH2
CH2
CH NH2
COOH
Glutamic
 Formarea Gln – calea majoră de îndepărtare a
amoniacului din creier
 Ureogeneza – calea majoră de detoxifiere a întregului
organism faţă de amoniac
MUSCHI
CREIER
GLANDE
SANGE
FICAT
RINICHI
aminoacizi
dezaminare
oxidativã
Glutaminã
NH3
Gln
Glutaminã
glutaminsintetazã
Glutamic
glutaminazã
Glu
 Se poate vorbi de un adevărat
ciclu Glutamină-Glutamic
Glutamic
NH3
Ficat
Rinichi
+
NH4
Uree
Urinã
Urinã
CICLUL ALANINA-GLUCOZA
 Alanina şi glucoza contribuie la transportul amoniacului
prin sânge
 Transportul se face muşchi → ficat
 Se realizează un ciclu:
MUSCHI
Aminoacizi
FICAT
SANGE
dezaminare
oxidativã
NH3
-Kg
GDH
Alaninã
Ala
GPT
Glutamic
Alaninã
GPT
Piruvat
Piruvat
-Kg
GDH
Glu
GDH
gluconeogenezã
glicolizã
Glucozã
glucozã
NH3
Glucozã
ureogenezã
Uree
Urinã
UREOGENEZA. CICLUL KREBS-HENSELEIT
CICLUL ORNITINIC. ASPECTE GENERALE
 Omul elimină 80-90% din azotul ingerat – uree
(ureotelice)
 Ureogeneza – caracteristici:
- are loc în ficat
- proces endoenergetic
- ciclu de 5 reacţii enzimatice la care participă
5 aminoacizi
- reacţiile au loc în mitocondrie şi citosol
- are loc în mai multe etape
UREOGENEZA. ASPECTE GENERALE
• Hepatocitele sunt singurele celule care exprimă
gena ornitin-carbamil-transferazei, enzimă a
ureogenezei (formarea citrulinei).
• Azotul utilizat de hepatocite provine din toate
celulele organismului sub formă de :
– Glutamină care transportă amoniacul într-o
formă mai puţin toxică
– Ionii de amoniu, în cantitate mai mică,
rezultând din dezaminările intestinale.
• Carbonul provine din bicarbonat.
UREOGENEZA
• Enzimele se repartizează în matricea mitocondrială, citoplasmă şi
membranele RE.
• Glutamina transportă azotul până în mitocondriile hepatocitare.
• Un prim atom de azot este încorporat de carbamil-fosfat în citrulină.
• Al doilea atom de azot părăseşte mitocondriile sub formă de
glutamat pentru a fi transaminat. Aspartatul obţinut este condensat cu
citrulina pentru sinteza de arginină.
• Hidroliza argininei pe membranele RE permite eliberarea ureei direct
în cisterne de unde va difuza în venele supra-hepatice.
• α-cetoglutaratul intră în mitocondrii participând la gluconeogeneză.
Poate fi aminat de GDH, ieşind din nou pentru a forma aspartatul.
• Citrina (transportor membranar al glutamatului) schimbă glutamatul
contra unui aspartat care, după transaminare, va participa la GNG.
• Citrina participă la naveta malat/aspartat
UREOGENEZA
ETAPELE UREOGENEZEI
1. Formarea carbamoilfosfatului
 Enzima: carbamoilfosfat-sintetaza, enzimă biotinică,
modulată pozitiv de N-acetil-glutamic;
 Carbamil-fosfat sintetaza I, mitocondrială, participă la
ureogeneză; diferită de carbamil-fosfat sintetaza II,
citoplasmatică (sinteza nucleotidelor pirimidinice).
2ATP
2ADP+Pa
Mg2+
CO2 + NH3 + H2O
carbamoilfosfatsintetaza
(N-acetil-glutamic)
O C
NH2
O~ P
Carbamoilfosfatul
 Reacţia are loc în două etape:
- activarea CO2 prin legare de biotină
(consum de ATP)
- CO2-biotinil-enzimă reacţionează cu NH3
(consum de ATP)
 Enzima – localizată în mitocondrie
 Enzima mitocondrială – enzimă alosterică modulată
pozitiv de N-acetil-glutamic
2. Formarea citrulinei
 Enzima: ornitin-carbamoil-transferază (OCT) numită
şi ornitin-transcarbamoilază
 Reacţia are loc tot intramitocondrial
O C
NH2
(CH2)3
CH NH2
COOH
Ornitina
NH2
NH
+
O C
NH2
OCT
O~ P
Carbamoilfosfatul
Pa
(CH2)3
CH NH2
COOH
Citrulina
 Carenţa OCT stă la originea unor sindroame de
amoniemie, acumularea Gln în sânge şi hiperglutaminurie
ornitin-carbamoil-transferaza
• OCT este o enzimă mitocondrială hepatocitară. Ornitina
este un α aminoacid, omologul inferior al lizinei, care nu
participă la sinteza proteinelor. Intermediar al
numeroaselor căi metabolice, prezentă în matricea
mitocondrială.
• OCT catalizează condensarea carbamil- fosfatului cu
ornitina, pentru sinteza citrulinei. Energia necesară sintezei
este furnizată prin hidroliza legăturii bogată în energie a
carbamil-fosfatului.
• Gena OCT este reprimată în toate celulele înafara
hepatocitelor, singurele celule capabile să catalizeze
această reacţie indispensabilă a ciclului ureogenetic.
3. Formarea acidului argininosuccinic
 Enzima: argininosuccinat-sintetaza
 Reacţia – citosol
2Pa
 Reacţia necesită ATP
pirofosfatazã
ATP ADP+PPa
OH
H
HN C
NH
(CH2)3 +
CH NH2
COOH
Izocitrulinã
COOH
H
CH2
COOH
Aspartic
NH CH
HN C
N CH
NH
argininosuccinatsintetazã
COOH
CH2
COOH
(CH2)3
CH NH2
COOH
Acid argininsuccinic
4. Formarea argininei
 Enzima: argininosuccinază
 Reacţia – citosol
COOH
NH CH
HN C
NH
CH2
COOH
(CH2)3
CH NH2
COOH
Acid argininsuccinic
HN C
argininosuccinazã
NH2
NH
COOH
H
+
C
C
(CH2)3
H
HOOC
CH NH2
COOH
Argininã
Acid fumaric
5. Formarea ureei
 Enzima: arginaza
 Necesită Ca2+, Mn2+ şi are specificitate absolută
 Reacţia – citosol
HN C
NH2
NH
(CH2)3
CH NH2
COOH
Argininã
arginazã
H2O
O C
NH2
NH2
Uree
+
NH2
(CH2)3
CH NH2
COOH
Ornitina
UREOGENEZA - MECANISME
 Mecanismul de acţiune al carbamoilfosfat-sintetazei
 Mecanism de acţiune al argininosuccinat sintetazei
SINTEZA ŞI
ROLUL
N-ACETILGLUTAMATULUI
UREOGENEZA – CONCLUZII
 Realizează detoxifierea organismului faţă de amoniac
 Amoniacul – toxic mai ales pentru SNC
 Cale consumatoare de energie
(4 legături ~ pentru o moleculă de uree)
 Ureea – eliminată prin urină (15-30 g/24 h)
UREOGENEZA – DEFICITE ENZIMATICE
1. Deficitul de carbamoilfosfat-sintetază (ereditar)
cauzează hiperamoniemia de tip I
Consecinţe: - NH3 se acumulează în sânge şi ţesuturi
- ţesuturile consumă cantităţi mari de α-Kg
- ciclul Krebs şi producerea de ATP – diminuate
- creierul resimte primul deficitul de ATP
- frecventă întârzierea dezvoltării mentale
2. Lipsa enzimei transcarbamoilază este legată de
cromozomul X şi generează hiperamoniemia de tip II
Consecinţe: - hiperamoniemie
- intoleranţă la proteine
- în sânge şi urină sunt cantităţi mari de Gln,
iar în ţesuturi cantităţi mari de NH3
UREOGENEZA – DEFICITE ENZIMATICE
3. Lipsa argininosuccinat-sintetazei conduce la
citrulinemie
Consecinţe: - în sânge şi lichidul cerebrospinal se găsesc
cantităţi mari de citrulină
- citrulina se elimină masiv prin urină
4. Lipsa argininosuccinazei – eliminare crescută de acid
argininosuccinic prin urină
5. Absenţa arginazei – hiperargininemie; creşte nivelul
Arg în sânge şi lichidul cerebrospinal
RELAŢIA CICLUL UREOGENETIC –
CICLUL KREBS
Se realizează la mai multe niveluri:
1. La nivelul acidului fumaric, un intermediar al ciclului
citric. Intrând în ciclul citric fumaricul generează OAA,
acesta prin transaminare Asp, care permite continuarea
ureogenezei
GDH
2. Pe de altă parte: Glu
-Kg + NH3
Consumat în ciclul citric şi implicit
deplasarea echilibrului spre dreapta
Consecinţe: - ciclul citric se intensifică şi generează ATP
- NH3 în exces şi ATP activează carbamoilfosfatsintetaza şi implicit ureogeneza
-Cetoglutaric
Glutamic
transaminare
Carbamoilfosfat
Aspartic
Citrulinã
Oxalilacetic
CICLUL
UREOGENETIC
Argininosuccinic
Ornitinã
Citrat
L-Malic
CICLUL
KREBS
Uree
Argininã
Izocitrat
Fumaric
-Cetoglutaric
Succinic
Succinil-CoA