7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

1/29

Ciclul Krebs (ciclul acizilor tricarboxilici, ciclul acidului citric)

Ciclul acizilor tricarboxilici reprezint o succesiune de reacii prin parcurgerea creia

fragmentul acetil CoA este oxidat pn la dioxid de carbon. Etapele ciclului au fost

postulate i demonstrate ulterior de ctre Hans Krebs care, cu civa ani nainte, elucidase

etapele procesului de ureogenez.

Cele dou molecule de dioxid de carbon care se formeaz la fiecare tur al ciclului

rezult prin scindarea restului acetil din acetil CoA.

Funcionarea continu a ciclului Krebs este condiionat de reoxidarea celor trei

molecule de NADH i FADH2 n lanul respirator, cu producerea de ATP.

La nivelul mitocondriilor, pentru fiecare molecul de NADH se formeaz trei

molecule de ATP, iar un mol de FADH2 genereaz doi moli de ATP.

Ciclul acizilor tricarboxilici este strict aerob, n timp ce glicoliza se poate desfura

att n condiii aerobe ct i anaerobe.

Bilanul energetic al ciclului Krebs arat c prin degradarea restului acetil pe aceast

cale se formeaz 12 moli de ATP.

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

2/29

Fig. 12. Schema general a ciclului acizilor tricarboxilici

Catena respiratorie

Oxidarea substanelor organice n celula vie se realizeaz prin dehidrogenare..Procesul de transfer al protonilor i electronilor de la substratele supuse oxidrii spre O2 se

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

3/29

numete respiraie i este catalizat de o serie de oxidoreductaze (dehidrogenaze

nicotinamiddinucleotidice, dehidrogenaze flavinice i citocromi - proteine transportoare de

electroni -).

Totalitatea acestor enzime formeaz aa numita caten respiratorie care are structur

de tip cascad ce permite eliberarea treptat a energiei libere. Aceast energie liber se

acumuleaz parial n legturile chimice macroergice ale ATP.

Transferul protonilor i electronilor prin catena respiratorie spre O2 are loc cu o

scdere mare a energiei libere, care parial se pierde sub form de cldur, parial se

acumuleaz n legturile chimice macroergice ale ATP. Sinteza ATP din ADP i acid fosforic

cu ajutorul energiei procesului de oxidare biologic se numete fosforilare oxidativ.

II.2. Metabolismul lipidelor

Lipidele se disting prin eterogenitate structural i funcional ceea ce determin o

mare diversitate de ci metabolice de degradare i biosintez.

II.2.1. Metabolismul triacilglicerolilor

Biosinteza triacilglicerolilor

Acest proces biosintetic poate utiliza n calitate de precursori glicerolul i acizii grai

preexisteni, adic rezultai n urma hidrolizei lipidelor sau se poate realiza de novo prin

utilizarea unor produi intermediari ai metabolismului glucidic.

Atunci cnd acizii grai rezultai prin hidroliza lipidelor sunt insuficieni, ei se

sintetizeaz prin utilizarea n calitate de precursori a acetil CoA.

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

4/29

Catabolismul triacilglicerolilor

Triacilglicerolii (trigliceridele) ca form de depozitare a excesului caloric al

organismului se gsesc n cantiti apreciabile n esutul adipos. Un adult normal (brbat de 40

de ani i 70 de kg) cuprinde 15 kg esut adipos (135 kilocalorii). Energia potenial a

acilglicerolilor este cuprins n catenele bogate n hidrogen ale resturilor acil.

n esuturi catabolismul triacilglicerolilor are loc n etape, pn la formarea de glicerol

i acizi grai corespunztori care se absorb la nivelul peretelui intestinal.

Procesul este catalizat de ctre lipaz, enzim ntlnit att la plante, microorganisme

ct i n esuturile animale.

La animale lipidele sunt mai nti emulsionate sub aciunea srurilor biliare din bil

ceea ce determin creterea suprafeei de contact dintre cele dou faze.

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

5/29

II.2.2. Metabolismul glicerolului

Glicerolul este component al gliceridelor i fosfogliceridelor. Liber se formeaz prin

hidroliza tisular a trigliceridelor. Pentru ca glicerolul s reintre n fluxul metabolic el este

mai nti fosforilat la glicerol fosfat sub aciunea glicerol kinazei.

Aceast enzim este foarte activ n ficat, dar este practic absent n adipocite.

Glicerolul format n esutul adipos difuzeaz n plasm de unde este captat de ficat care l

utilizeaz dup conversie n glicerol fosfat.

Glicerol fosfatul mai poate fi obinut din glucoz, din intermediarul glicolitic

dihidroxiaceton fosfat, prin reacia reversibil:

Dup condiiile specifice fiecrui esut, glicerol fosfatul poate evalua pe urmtoarele

ci metabolice:

poate fi transformat n trigliceride sau fosfogliceride;

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

6/29

dup conversia sa ntr-un triozofosfat (dihidroxiaceton fosfat i 3 gliceraldehid

fosfatul) poate urma calea glicolitic degradativ i apoi oxidare complet la dioxid de

carbon i ap; ca triozofosfat poate fi substrat gluconeogenetic.

II.2.3. Metabolismul acizilor grai

Degradarea acizilor grai se face pe mai multe ci. Cea mai important este -oxidarea

care reprezint procesul de degradare complet cu formare de dioxid de carbon, ap i

energie. Aceast cale de degradare a fost postulat prima dat n 1904 de ctre Franz Knopp.

Hrnind animalele de experien cu fenil derivai ai acizilor carboxilici cu pn la cinci

atomi de carbon n molecul, autorul studiaz metabolismul acestor substane urmrind

produii ce apar n urin. El constat c derivaii cu numr impar de atomi de carbon au fost

oxidai la acid benzoic, iar cei cu numr par de atomi de carbon dau acid fenil acetic.

Din aceste experimente Knopp trage concluzia c degradarea acizilor grai are loc cu

desprinderea treptat a unor fragmente cu doi atomi de carbon. Mecanismul -oxidrii a fost

clarificat cu aproape jumtate de secol mai trziu cnd Lynen reuete s izoleze din drojdii

acetil CoA. El conchide c degradarea acizilor grai prin -oxidare se realizeaz prin

clivarea unor fragmente cu doi atomi de carbon sub form de acetil CoA.

Procesul -oxidrii acizilor grai se realizeaz n mai multe etape. Prima etap o

reprezint activarea acizilor grai prin formarea unor compleci cu CoA. Reacia de activare

este catalizat de enzime specifice numite tiokinaze sau acil CoA sintetaze.

La rndul ei, etapa de activare cuprinde dou faze: mai nti acidul gras

interacioneaz cu ATP ul formnd un produs intermediar acil - adenilatul.

Dup etapa de activare, complecii acil CoA astfel formai ptrund n mitocondrii

unde se realizeaz degradarea propriu-zis. Transformrile ce urmeaz sunt ciclice, la fiecare

ciclu desprinzndu-se cte doi atomi de carbon sub form de acetil CoA, iar noul acil CoAce este mai scurt deci cu doi atomi de carbon, reia un nou ciclu de transformri.

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

7/29

Fig. 13. Schema general a -oxidrii acizilor grai

II.3.Metabolismul aminoacizilor

II.3.1. Ci comune de degradare a aminoacizilor

Aminoacizii sintetizai n celulele vii sunt folosii pentru biosinteza de proteine

specifice organismelor respective, de enzime i de hormoni de natur polipeptidic i proteic

sau pot fi metabolizai cu formarea unor compui intermediari utilizai la rndul lor n sinteza

bazelor azotate sau a altor compui.

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

8/29

Izoleucin

GABA

AlaninCisteinCistinGlicocolSerinTreonin

Hidroxiprolin

LeucinLizinTriptofan

AsparaginAcid aspartic

FenilalaninTirozin

ArgininCitrulin

HistidinOrnitinProlin

IzoleucinMetioninValin

Piruvat

Acetoacetil-CoA

Acidglutamic

Acetil-CoA

-Cetoglutarat

Succinil-CoA

Succinat

Fumarat

Oxaloacetat

Citrat

Ciclul

Krebs

Fig.14. Reprezentarea schematic a cilor de degradare

ale scheletelor hidrocarbonate ale aminoacizilor (Lentner, C. 1986)

Ei pot suferi de asemenea o degradare oxidativ complet i n acest caz servesc ca

surs energetic. O serie de reacii de degradare sunt comune tuturor aminoacizilor, iar restul

hidrocarbonat se degradeaz apoi pe ci diferite, specifice fiecrui aminoacid.

Principalele ci comune de degradare a aminoacizilor sunt dezaminarea,

decarboxilarea i transaminarea, iar pentru unii dintre ei transmetilarea i transamidinarea.

II.3.1.1. Dezaminarea aminoacizilor

Procesul de dezaminare reprezint procesul de eliminare a gruprii aminice sub form

de amoniac cu formarea acizilor corespunztori, adic a -cetoacizilor, -hidroxiacizilor,

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

9/29

acizilor carboxilici saturai i nesaturai etc. Produii rezultai n urma dezaminrii

aminoacizilor sunt apoi metabolizai n celul, fiind utilizai, fie n procese de biosintez a

altor constitueni celulari, fie c sunt degradai n scopul formrii energiei necesare ntreinerii

proceselor biochimice n funcie de natura enzimelor ce catalizeaz aceste procese i de

structura chimic a produilor formai, dezaminarea aminoacizilor poate fi reductiv,

hidrolitic, oxidativ sau desaturant.

a) Dezaminarea reductiv are loc atunci cnd aminoacidul este transformat n acidul

carboxilic corespunztor cu eliberare de amoniac, donorul hidrogenului necesar reducerii fiind

NADH-ul. Aminoacizii se dezamineaz reductiv sub aciunea aminoacid-reductazelor

specifice NADH-dependente:

R CH 2 COOH + NH 3

Aminoacid-reductaza

NADH+H+

NAD+

R CH COOHINH2

Aminoacid Acid carboxilic

b) Dezaminarea hidrolitic realizeaz nlturarea azotului aminic sub form de

amoniac cu formarea -hidroxiacidului corespunztor:

R CH COOHINH2

Aminoacid

R CH COOH + NH 3IOH

H2O

Aminoacid-hidrolazaHidroxiacid

c) Dezaminarea oxidativ a aminoacizilor const n eliminarea azotului aminic sub

form de amoniac cu formarea -cetoacidului corespunztor, sub aciunea aminoacid-

oxidazelorspecifice:

Aminoacid Cetoacid

R CH COOHINH2 Aminoacid-oxidaza

1/2O2 R C COOH + NH3IIO

La animalele superioare i n organismul uman predomin dezaminarea aminoacizilor

pe cale oxidativ. Acest lucru a fost demonstrat prin cercetrile efectuate de Krebs, Green i

alii care au stabilit c n aceste organisme (n special n ficat, rinichi, creier etc.), dar i n

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

10/29

plantele superioare, unele bacterii, veninul de arpe etc., se ntlnesc aminoacid-oxidazele ce

catalizeaz dezaminarea oxidativ att a L-aminoacizilor ct i a D-aminoacizilor. Enzimele

ce acioneaz asupra aminoacizilor din seria L se mai numesc i aminoacid-dehidrogenaze-

dezaminante i sunt NAD+ sau NADP+dependente. Ele sunt incluse n subclasa E.C.1.4.

care cuprinde dehidrogenazele aminoacizilor i aminooxidazele. mprirea n subsubclase se

face n funcie de natura acceptorului: NAD+ pentru E.C.1.4.1., NADP+ pentru E.C.1.4.2.,

oxigenul pentru E.C.1.4.3., diferii compui disulfidici pentru E.C.1.4.4. etc. n organismele

animale este foarte activ glutamat-dehidrogenaza pentru care acceptorul echivalenilor

reductori este NAD+-ul:

COOH

I

CH2

I

ICH NH 2ICOOH

CH2+ NH3

H2O NAD

+

NADH+H

+

Glutamat-dehidrogenaza

COOH

I

CH2

I

I

ICOOH

CH2

C = O

Acid glutamic Acid -ceto-glutaric

Reacia de dezaminare oxidativ decurge n dou etape. n prima faz are loc un

proces de dehidrogenare a aminoacidului cu formarea -iminoacidului corespunztor. n

aceast etap acceptorul de hidrogen este FAD-ul n calitatea sa de coenzim a aminoacid-

oxidazei, dar care joac n aceast reacie i rol de cosubstrat. n etapa a II-a are loc

adiionarea elementelor apei cu formarea -cetoacidului corespunztor i eliminarea

amoniacului:

R CH COOH

INH2

R C COOH

IINH

R C COOH

OII

FAD FADH2

-Aminoacid -Iminoacid -Cetoacid

H2O NH3

n numeroase organisme s-a pus n eviden faptul c n realitate exist dou categorii

de flavoenzime ce catalizeaz acest proces care se deosebesc ntre ele prin natura cofactorului.

Unele din ele sunt specifice L-aminoacizilor, poart numele de L-aminoacid-oxidaze, au

FMN-ul drept cofactor i sunt localizate n reticulul endoplasmatic:

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

11/29

R CH COOHINH2

R C COOH

OII

-Aminoacid -Cetoacid

+ NH3

E-FMN E-FMNH 2

L-aminoacid-oxidaza

Enzimele din cealalt categorie sunt specifice D-aminoacizilor, se numesc D-aminoacid-oxidaze, au drept cofactor FAD-ul i sunt localizate n microsomii hepatocitelor:

R CH COOH

INH2

R C COOH

OII

-Aminoacid -Cetoacid

+ NH3

EFAD EFADH 2

D-aminoacid-oxidaza

Flavin-nucleotidele reduse ale acestor oxidaze (FMNH2 i FADH2) reacioneaz direct

cu oxigenul molecular cu formarea peroxidului de hidrogen care, la rndul su, este

descompus de ctre catalaz n ap i oxigen. Acest proces conjugat se realizeaz n

peroxisomii hepatocitelor.

d) Dezaminarea desaturant este procesul prin care aminoacizii elibereaz azotul

aminic sub form de amoniac cu formarea acizilor nesaturai corespunztori:

R CH = CH COOHR CH 2 CH COOH

INH2

NH3

Aminoacid Acid ,-nesaturat

II.3.1.2. Decarboxilarea aminoacizilor

Procesul de eliminare a grupelor COOH din moleculele aminoacizilor este catalizat

de enzime specifice numite aminoacid-decarboxilaze care conin n calitate de cofactor

piridoxal-fosfatul. Prin decarboxilare, aminoacizii proteinogeni formeaz monoamine,

diamine, - i -aminoacizi etc., n funcie de structura chimic a aminoacidului supus

decarboxilrii. Reacia general de decarboxilare a aminoacizilor poate fi reprezentat astfel:

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

12/29

R CH COOHINH2

-Aminoacid

R CH2 NH2Aminoacid-decarboxilaza

CO2

Amin

Aminoacizii diaminomonocarboxilici formeaz prin decarboxilare diaminele

corespunztoare. Astfel, prin decarbo-xilarea lizinei se formeaz cadaverina, iar ornitina trece

n putrescein. Aceste diamine au un miros specific, iar procesul de decarboxilare este

deosebit de intens n cadavre unde se realizeaz sub aciunea decarboxilazelor din microflora

de putrefacie. Mirosul specific de cadavru este datorat diaminelor care se formeaz n

cantiti crescute:

H2N (CH2)5 NH2INH2

H2N (CH2)4 CH COOH

Lezin-decarboxilaza

CO2

Lizin Cadaverin

Ornitin-decarboxilaza

CO2

H2N (CH2)4 NH2INH2

H2N (CH2)3 CH COOH

PutresceinOrnitin

Putresceina se mai formeaz i prin decarboxilarea argininei. n acest caz se formeaz

mai nti agmatina n calitate de compus intermediar, iar aceasta se descompune prin hidroliz

n uree i putrescein:

H2N C NH (CH 2)3 CH COOHIINH

INH2

CO2

Arginin-decarboxilaza

Arginin

H2N C NH (CH 2)3 CH2 NH2IINH

Agmatin

Agmatin-ureo-hidrolaza

H2O

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

13/29

H2N (CH 2)4 NH 2 H2N C NH 2IIO

+

Putrescein Uree

Decarboxilarea lizinei, argininei i ornitinei se realizeaz i in vivo. Diaminele

rezultate nu se acumuleaz ns ci sunt utilizate de organism n calitate de precursori n

biosinteza unor poliamine biologic active cum ar fi spermina i spermidina. Acestea se

ntlnesc n cantiti apreciabile n unele esuturi (ficat, pancreas, plmni etc.) i n unele

microorganisme (Escherichia coli, Aspergillus nidulans etc.). Biosinteza poliaminelor mai

utilizeaz n calitate de precursor, alturi de diamine i propilamina. Aceasta din urm se

formeaz n organism sub form de S-adenozil-metilmercapto-propilamin prindecarboxilarea S-adenozil-metioniei:

N

N N

N

O

CH2 S CH 3

+

ICH NH 2

ICOOH

(CH2)2

I

CO2

S-Adenozil-metionin-decarboxilaza

S-Adenozil-metionin

N

N N

N

O

CH2 S CH3

ICH2 NH2

(CH2)2

I

+

S-(3'-Adenozil)-5'-metilmercapto-propilamin

Restul propilamin din S-(3-adenozil)-5-metilmercapto-propilamin se condenseaz

apoi cu o molecul de putrescein cu formare de metiltioadenozin i spermidin:

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

14/29

S-(3'-Adenozil)-5'-metilmercapto-propilamin

Metiltioadenozin

N

N N

N

O

CH2 S CH3

ICH2 NH2

(CH2)2

I

+

H2N(CH2)4NH2

N

N N

N

O

CH2 S CH3

+

H2N (CH2)4 NH (CH2)3 NH2+

Spermidin

Pentru biosinteza sperminei se repet procesul de decarboxilare a S-

adenozilmetioninei, iar restul propilamin din S-adenozilmetil-mercapto-propilamina format

se transfer pe o molecul de spermidin:

H2N (CH2)4 NH (CH2)3 NH2

Spermidin

CH2CH2CH2NH2

H2N (CH2)3 HN (CH2)4 NH (CH2)3 NH2

Spermin

Poliaminele joac roluri diverse, nc incomplet elucidate, n organismele vii. Nu este

exclus ca ele s joace un rol de stabilizare a structurilor membranare i ribozomale, s

ndeplineasc un rol de factor de cretere pentru unele microorganisme etc. Ele mai joac un

rol important n reglarea biosintezei acizilor nucleici i proteinelor.Ali aminoacizi formeaz prin decarboxilare unele amine biologic active sau care

servesc drept precursori n biosinteza unor compui biologic activi. Astfel, fenilalanina i

tirozina formeaz prin decarboxilare feniletilamina i respectiv tiramina, iar histidina i acidul

glutamic formeaz histamina i respectiv acidul -aminobutiric (GABA):

CH2 CH COOHINH2

CO2

CH2 CH2 NH2

Fenilalanin Feniletilamin

Fenilalanin-decarboxilaza

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

15/29

Tirozin Tiramin

CH2 CH COOHI

NH2

HO CH2 CH2 NH2HO

CO2

Tirozin-

decarboxilaza

CH2 CH COOHINH2

N

NH

CH2 CH2 NH2N

NH

CO2

Histidin Histamin

Histidin-decarboxilaza

CO2

Acid glutamic Acid -aminobutiricGlutamat-decarboxilaza

HOOC CH2 CH2 CH2 NH2HOOC CH2 CH2 CH COOHINH2

Majoritatea aminelor biogene ndeplinesc funcii biochimice i fiziologice bine

determinate n organismele vii. Unele dintre ele se utilizeaz n practica medical datorit

aciunii lor farmacodinamice deosebite. Tiramina format prin decarboxilarea tirozinei este osubstan biologic activ ce manifest o aciune vasoconstrictoare, ca i triptamina rezultat

prin decarboxilarea triptofanului. Tot din triptofan se formeaz i serotonina care particip la

fenomenul de transmitere a fluxului nervos, la reglarea presiunii sanguine, a respiraiei,

temperaturii corpului etc. Din histidin se formeaz histamina, o amin biogen cu aciune

vasodilatatoare. Ea se formeaz n cantiti mari n zonele inflamate i este implicat n

transmiterea senzaiei dureroase. Un neurotransmitor cu rol de inhibiie n sistemul nervos

central este acidul -aminobutiric (GABA) care rezult prin decarboxilarea acidului glutamic.

Tioetanolamina format prin decarboxilarea cisteinei intr n structura coenzimei A.

De asemenea, ea este utilizat n practica medical n tratamentul bolii de iradiere.

Cadaverina, putresceina i poliaminele (spermina i spermidina) interacioneaz n mod

specific cu catenele polinucleotidice influennd conformaia spaial a acizilor nucleici.

Triptofan-decarboxilaza nu prezint o specificitate strict de substrat. S-a demonstrat

c aceast enzim catalizeaz att decarboxilarea triptofanului cu formare de triptamin, ct i

a unor derivai ai acestuia cum ar fi 5-hidroxitriptofanul (cnd se formeaz serotonina) i 3,4-

dihidroxi-fenilalanina (DOPA) cu formare de DOP-amin. Aceste reacii prezint o

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

16/29

importan biochimic i fiziologic deosebit. Astfel, serotonina rezultat prin decarboxilarea

hidroxitriptofanului este un intermediar n calea de biosintez a melatoninei n pinealocite, iar

DOP-amina este un hormon din clasa catecolaminelor i servete n acelai timp drept

precursor n biosinteza noradrenalinei i adrenalinei:

NH

CH2 CH COOHINH2

CH2 CH2 NH2

NH

CO2

Triptofan-decarboxilaza

Triptofan Triptamin

5-Hidroxitriptofan 5-Hidroxitriptamin(Serotonin)

NH

CH2 CH COOHINH2

CO2

Triptofan-decarboxilaza

CH2 CH2 NH2

NH

HO HO

CO2

Triptofan-decarboxilaza

3,4-Dihidroxifenilalanin(DOPA)

Dihidroxifeniletilamin(DOP-amin)

CH2 CH2 NH2HO

HO

CH2 CH COOHINH2

HO

HO

Melatonina este sintetizat n pinealocite prin utilizarea serotoninei n calitate de

precursor. Principala sa funcie biologic o constituie inhibarea activitii gonadale la

mamifere:

Melatonin

H3C O

H

CH2 CH2 NH CO CH3

N

Un alt derivat rezultat prin decarboxilarea tirozinei este octopamina (4-hidroxifenil-

etanolamina):

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

17/29

HO CH CH2 NH2IOH

Octopamin

Acest produs al degradrii pariale a tirozinei a fost identificat n glandele salivare ale

octapodelor i joac un rol de pseudo-neurotransmitor.

Prin decarboxilarea cisteinei sub aciunea cistein-decarboxilazei se formeaz

cisteamina (tioetanolamina) care reprezint grupa funcional a coenzimei A:

HS CH2 CH2 NH2CH2 CH COOH

INH2

ISH

CO2

Cistein-decarboxilaza

Cistein Tioetanolamin

Doi derivai ai cisteinei acidul cisteinic i acidul cistein-sulfinic se decarboxileaz

cu o vitez relativ crescut formnd taurina i respectiv hipotaurina, acestea din urm

reprezentnd precursori eseniali n biosinteza acizilor biliari:

CH2 SO2HICH NH 2ICOOH

CH2 SO2HI

CH2 NH 2

CO2

Acid cisteinsulfinic Hipotaurina

CH2 SO3HICH NH 2ICOOH

CH2 NH2

CH2 SO3HI

CO2

Acid cisteinic Taurina

Deoarece aminele rezultate prin decarboxilarea aminoacizilor manifest o aciune

fiziologic important, ele au primit numele de amine biogene. Unele dintre ele prezint

importante proprieti farmacodinamice (n special histamina i tiramina). Alte amine biogene

ndeplinesc un important rol de precursori n biosinteza unor hormoni derivai de la

aminoacizi (triptamina, serotonina, DOP-amina etc.), iar la unele plante muli alcaloizi se

sintetizeaz prin utilizarea n calitate de precursori a aminelor biogene. Multe amine biogene

sunt deosebit de toxice pentru organismul uman i animal, din care cauz, excesul lor norganism poate fi letal. O cantitate relativ crescut de amine biogene se poate forma prin

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

18/29

alterarea alimentelor de origine animal bogate n proteine, sub aciunea decarboxilazelor

microorganismelor. Acest fenomen explic toxiinfeciile alimentare cauzate de consumul de

preparate din carne alterat, mai ales cele din ficat i pete care sunt alimentele cele mai uor

alterabile.

La consumuri exagerate de proteine de origine animal, procesul de decarboxilare a

aminoacizilor este deosebit de intens datorit necesitii degradrii rapide a excesului de

aminoacizi. Aminele biogene formate n acest caz sub aciunea decarboxilazelor endogene pot

determina apariia gutei.

Formarea aminelor biogene toxice poate avea loc i n organismele vegetale. n anumite

condiii nefavorabile de dezvoltare, n esuturile plantelor se acumuleaz cantiti mari de

amine biogene care provoac intoxicaii. De exemplu, insuficiena potasiului n sol determin

intensificarea formrii putresceinei care influeneaz nefavorabil frunzele.

n condiiile unui metabolism echilibrat, organismele vii au capacitatea de a

metaboliza n continuare aminele biogene toxice prin oxidarea lor sub aciunea unor enzime

specifice. De exemplu, monoaminoxidazele (MAO) catalizeaz dezaminarea oxidativ a

monoaminelor cu formarea aldehidelor corespunztoare, amoniacului i apei oxigenate:

R CH 2 NH2 O2 +H2O NH3 H2O2Monoaminoxidaza

+ + R C = O

IH

+

Aceste reacii sunt cuplate de regul cu aciunea catalazei sau peroxidazei deoarece

unul din produii de reacie (H2O2) este, de asemenea, toxic pentru celula vie.

Oxidarea diaminelor are loc sub aciunea diaminoxidazelor specifice (DAO) i

conduce la formarea amino-aldehidelor corespunztoare, amoniacului i apei oxigenate:

DAOH2N (CH2)n NH2 H2N CH2)n-1 C = O

IH

+ H2O2 + NH3

O2H2O

Aldehidele rezultate se pot oxida n continuare cu formarea acizilor corespunztori.

Datorit aciunii lor de degradare a aminelor biogene toxice, monoaminoxidazele i

diaminoxidazele ndeplinesc n organismul viu o funcie extrem de important i anume cea

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

19/29

de detoxifiere, aceste enzime fiind la fel de rspndite ca i decarboxilazele aminoacizilor

deoarece aciunea lor este conjugat.

Decarboxilarea aminoacizilor poate conduce i la formarea altor compui. Astfel, prin

decarboxilarea acidului glutamic sub aciunea glutamat-decarboxilazeise formeaz acidul -

aminobutiric (GABA) care este un important mediator al inhibiiei n sistemul nervos central.

n mod similar, aspartat-decarboxilaza catalizeaz conversia acidului aspartic n -alanin,

aceasta fiind o component a coenzimei A i a altor substane biologic active:

HOOC (CH2)3 NH2

Acid glutamicAcid -amino-

-butiric

INH2

HOOC CH2 CH2 CH COOH

CO2

Glutamat-decarboxilaza

Acid aspartic Alanin

HOOC (CH 2)2 NH2HOOC CH 2 CH COOHI

NH2Aspartat-decarboxilaza

CO2

Prin decarboxilarea serinei sub aciunea serin-decarboxilazeise formeaz etanolamina

ce poate juca rol de precursor n biosinteza fosfolipidelor (cefalinelor i lecitinelor) cnd

esterific acidul L--fostadidic, fie sub form de etanolamin (colamin), fie sub form de

colin. Aceasta din urm se formeaz din etanolamin prin metilare treptat, donorul de

grupri metil fiind S-adenozil-metionina:

HO CH2 CH2 NH2CH2 CH COOHIOH

INH2

Serin Etanolamin(colamin)

Serin-decarboxilaza

CO2

HO CH2

CH2

NH CH3

CH3

Metiletanolamin

CH3

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

20/29

Dimetiletanolamin Colin

HO CH2 CH2 N

CH3

CH3

CH3+

HO CH2 CH2 N CH3

CH3

CH3

n afar de rolul de neurotransmitor, n organismele animale, acetilcolina mai este

implicat n procesul de dilatare a vaselor sanguine cu diminuarea corespunztoare a tensiunii

arteriale. Ea mai determin totodat i peristaltismul intestinal. Colina se ntlnete att n

organismele vegetale, ct i n cele animale unde intr n structura fosforil-colinei, glicerol-

fosforil-colinei, fosfatidil-colinei (lecitinei), plasmalogenelor i sfingomielinei. Un alt compus

biologic activ, sintetizat n organismele animale prin utilizarea serinei n calitate de precursor,

este carnitina (acidul 4-trimetil-3-hidroxi-butanoic):

HOOC CH 2 CH CH 2 NIOH

+CH3

CH3

CH3

Carnitin

Carnitina se ntlnete n toate esuturile animale unde este implicat n metabolismul

lipidelor sub forma derivailor de tip acil-carnitin. Mai exact, carnitina realizeaz transportul

transmembranar al acizilor grai.

II.3.1.3.Transaminarea aminoacizilor

Reacia de transaminare a aminoacizilor are loc sub aciunea catalitic a

aminotransferazelor (transaminazelor) i const n transferul grupei NH2 de la un -

aminoacid la un -cetoacid cu formarea unui nou aminoacid i a unui nou cetoacid.

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

21/29

NH3

NAD(P)H

H2O

NAD(P)+

-Cetoglutarat

Glutamat

Aspartat

Oxaloacetat

1 2

1 glutamat-dehidrogenaza2 aspartat-aminotransferaza

Fig. 15. Reprezentarea schematic a cuplrii reaciilor de

transaminare i dezaminare

Reacia de transaminare mai poate fi considerat ca un tip special de dezaminare a

aminoacizilor, ns fr formare de amoniac:

COOHICH NH 2IR1

COOHI

C = O

IR2

COOHI

IR1

C = O CH NH 2

COOHI

IR2

+

Aminotransferaz

+

Reacia de transaminare a fost pus n eviden prima dat n 1938 de ctre Braunstein

i Kritzman. Ulterior s-a demonstrat c ea este larg rspndit, att n lumea vegetal ct i n

cea animal. Din cei 22 aminoacizi proteinogeni, un numr de 11 sufer n mod obinuit

reacii de transaminare: alanina, fenilalanina, triptofanul, tirozina, valina, arginina, acidul

aspartic, asparagina, izoleucina, cisteina i lizina. Aminotransferazele ce catalizeaz acestereacii conin n calitate de cofactor enzimatic piridoxal-fosfatul. Reaciile de transaminare

sunt reacii reversibile, iar n condiii normale constanta de echilibru are o valoare apropiat

de unitate.

Aminotransferazele sunt localizate att intramitocondrial ct i n faza solubil a

citoplasmei celulelor eucariote, iar rolul este extrem de diferit.

Pe parcursul reaciei de transaminare, piridoxal 5 fosfatul (PALP) trece reversibil

n pirodixamin-5-fosfat (PAMP):

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

22/29

Piridoxal-5-fosfat (PALP) Piridoxamin-5-fosfat (PAMP)

H C = OI

CH2 NH2I

N

HO CH2 O P

H3CN

HO CH2 O P

H3C

n lipsa substratului, gruparea aldehidic a piridoxal-fosfatului formeaz o legtur

aldiminic cu grupa -amino a unui rest de lizin localizat n centrul activ al enzimei (cu care

formeaz o baz Schiff). Aceasta este forma activ a aminotransferazelor ce poate lega

aminoacidul care urmeaz a fi transaminat.

Reacia de transaminare este alctuit din dou procese complexe diferite. n prima

etap a transaminrii, gruparea aminic a aminoacidului reactant (substratul S1) sufer o

reacie de condensare cu grupa aldehidic a cofactorului enzimatic, deplasnd grupa -amino

a restului de lizin din centrul activ al enzimei:

S1

+

E

E N = CH N

HO CH3

CH2 O P

NH2I

R1 CH COOH

ES1

E NH 2N

HO CH3

R1 CH N = CH

CH2 O P

ICOOH

(aldimin)

Se formeaz o nou baz Schiff ntre aminoacid i piridoxal-fosfat care este o aldimin

i care rmne legat de apoenzim prin legturi slabe, necovalente (ceea ce nseamn c n

acest caz cofactorul enzimatic este coenzim). n etapa urmtoare are loc o izomerizare cnd

legtura dubl i schimb poziia, aldimina trecnd n cetimin. Aceasta din urm, sufer apoi

o reacie de hidroliz cu formarea -cetoacidului i eliberarea cofactorului sub form de

piridoxamin-5-fosfat:

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

23/29

ES1

E NH2N

HO CH3

R1 CH N = CH

CH2 O P

ICOOH

(aldimin)

EP1 (cetimin)

E NH2N

HO CH3

CH2 O P

R1 C = N CH 2 ICOOH

+ H2N CH2 E NH2N

HO CH3

CH2 O P

R1 C COOHIIO

Cetoacid E

H2O

Cealalt component a procesului de transaminare o constituie formarea noului

aminoacid. n urma acestor reacii are loc totodat i regenerarea enzimei, mai exact refacerea

formei aldehidice a cofactorului enzimatic.

Aceast serie de transformri debuteaz prin interaciunea complexului enzimatic

(apoenzim piridoxamin-5-fosfat) cu -cetoacidul reactant, care este acceptorul gruprii

aminice. Se formeaz complexul ES2 sub form de cetimin, aceasta trece apoi prin

izomerizare n aldimin i, n final acest complex sufer o reacie de hidroliz cu formarea -

aminoacidului i regenerarea enzimei active, adic a complexului apoenzim piridoxal-5-

fosfat (PALP). Cu alte cuvinte, succesiunea reaciilor ce au loc este invers cu cea a

componentei care realizeaz conversia aminoacidului n cetoacid:

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

24/29

E -Cetoacid

R2 C COOHIIO

+

H2O

E NH 2 H2N CH 2 N

HO CH3

CH2 O P

ES2

(Cetimin)

N

HO CH3

CH2 O P

R2 C = N CH 2 ICOOH

E NH 2

ES2 (Aldimin)

H2O

N

HO CH3

CH2 O P

R2 CH N = CH ICOOH

E NH2

-Aminoacid E

+R2 CH NH 2ICOOH

E N = CH N

HO CH3

CH2 O P

Aminoacid-aminotransferazele sunt larg rspndite n esuturile vegetale i animale,

precum i n microorganisme, n prezent cunoscndu-se peste 30 de aminotransferaze

specifice. Unele dintre ele sunt mai intens studiate, datorit importanei lor practice. Printre

acestea se numr alanin-aminotransferaza i respectiv aspartat-aminotransferaza, enzime ce

catalizeaz urmtoarele reacii:

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

25/29

COOHICH2

CH NH2

COOH

I

I

I

I

C = O

COOH

CH2

CH2

COOH

I

IC = O

COOHICH2

COOH

I

ICH NH2

I

I

COOH

CH2

CH2

COOH

I

I+ +

Aspartat-aminotransferaza(TGO)

PALP

Acid aspartic Acid glutamicAcid

-cetoglutaric

Acidoxalilacetic

+

COOHI

ICH3

C = OI

I

C = O

COOH

CH2

CH2

COOH

I

I

I

I

COOH

CH2

CH2

COOH

I

ICH NH 2

COOHI

CH NH 2I

CH3

+Alanin-aminotransferaza

(TGP)

PALP

Acid

-cetoglutaric

Alanin Acid glutamicAcidpiruvic

Determinarea activitii acestor dou enzime n serul sanguin se efectueaz n mod

curent n laboratoarele clinice pentru diagnosticul unor maladii ale ficatului i inimii.

n general, aminotransferazele prezint o nalt specificitate fa de ambele substrate,

avnd ns o mai mare afinitate fa de cetoacid dect fa de aminoacid (KM cetoacid < KM

aminoacid). Pentru metabolismul proteic, transaminarea aminoacizilor prezint o importan

deosebit deoarece aceste reacii fac parte din cile de degradare a unor aminoacizi i, n

acelai timp, de biosintez a altora. Pe de alt parte, participarea -cetoacizilor face ca aceste

reacii s reprezinte puncte de ntretiere ale cilor metabolismului proteic, glucidic i lipidic.

n urma acestor reacii, alturi de cetoacid, se formeaz acidul glutamic care, la rndul su se

poate dezamina oxidativ sau poate intra n alte ci de degradare sau biosintez. Fiind

reversibil, reacia de transaminare servete la biosinteza aminoacizilor neeseniali prin

utilizarea n calitate de precursori a acidului glutamic i a -cetoacizilor corespunztori.

Reaciile de transaminare mai fac parte din unele secvene metabolice cum ar fi cele de

biosintez a ureei, acidului -aminobutiric etc.

Transamidinarea i transmetilarea aminoacizilor

Spre deosebire de decarboxilare, dezaminare i transaminare care se ntlnesc la toi

aminoacizii, reaciile de transamidinare i transmetilare sunt procese enzimatice pe care le

sufer doar unii aminoacizi, n urma lor formndu-se o serie de compui cum ar fi creatina,

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

26/29

carnitina, ornitina, canavalina, canavanina i altele. Enzimele ce catalizeaz aceste reacii se

numesc transamidinaze i respectiv transmetilaze (sau metiltransferaze). Enzimele din prima

categorie au fost evideniate n rinichi, ficat i pancreas, sunt nalt specifice i folosesc

arginina n calitate de donor de grupri amidinice. Metiltransferazele se ntlnesc n

majoritatea esuturilor i utilizeaz S-adenozilmetionina n calitate de donor de radicali metil.

II.3.2. Ciclul ureogenetic

Amoniacul rezultat n urma proceselor de dezaminare a aminoacizilor, precum i din

alte procese metabolice ale acestor biomolecule este un produs toxic pentru celula vie, chiar i

n concentraii relativ mici. La mamifere, acest produs final de metabolism este convertit n

uree, fiind apoi eliminat pe cale renal.

Primele observaii asupra acestei ci metabolice au fost fcute de ctre Krebs care a

observat c ornitina, citrulina i arginina accelereaz producerea de uree n prezena

amoniacului, fr ca ele nsele s se consume. Clarificarea complet ns a mecanismului prin

care amoniacul este convertit in vivo n uree a fost realizat mult mai trziu.

Aceast cale metabolic debuteaz prin mobilizarea amoniacului sub aciunea

carbamilfosfat-sintetazeicare, n prezen de ATP ca surs de energie i radicali ortofosfat,

catalizeaz reacia de condensare a amoniacului cu dioxidul de carbon cu formare de

carbamil-fosfat:

Carbamilfosfat-sintetaza

HCO3-

+ NH 4+

H 2N C O P OHMg

2+

2ATP 2ADP + P i

IOH

IIO

IIO

n hepatocite au fost descoperite dou enzime ce catalizeaz acest proces i anume

carbamilfosfat-sintetaza I localizat n mitocondriile celulelor hepatice i carbamilfosfat-

sintetaza II, prezent n citoplasm. Reacia de formare a carbamil-fosfatului este accelerat

de N-acetil-glutamat sau de ali derivai acil-glutamici identificai n esutul hepatic.

Mecanismul de participare a N-acetil-glutamatului este deocamdat incomplet elucidat. Se

pare c el acioneaz asupra enzimei ca un modulator alosteric.

Viteza de formare a carbamil-fosfatului se afl sub controlul argininei care inhib

printr-un mecanism de tipfeed backviteza de formare a N-acetil-glutamatului care, la rndul

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

27/29

su, stimuleaz biosinteza carbamil-fosfatului. Carbamilfosfat-sintetaza II prezent n citosol

a fost identificat i la bacterii unde catalizeaz reacia de biosintez a carbamil-fosfatului prin

utilizarea glutaminei n calitate de donor de grupri aminice:

Glutamin

+ HCO3-

H2O+

CH2 CH2 CH COOHIC = OINH2

INH2

ATP ADP + Pi

Mg2+

K+

Carbamilfosfatsintetaza II

IIO

Carbamil-fosfat Acid glutamic

+ CH2 CH2 CH COOHICOOH

INH2

IOH

H2N C O P OH

IIO

La bacterii, formarea carbamil-fosfatului are loc n absena N-acetil-glutamatului, iar

consumul de energie este mult mai mic, fiind necesar o singur molecul de ATP.

n etapa urmtoare a procesului acioneaz enzima numit ornitin-transcarbamilaz

ce catalizeaz reacia de condensare a carbamil-fosfatului cu ornitina, cu formare de citrulin:

Carbamil-fosfat

IOH

IIO

H2N C O P OHIIO

+ H2N (CH 2)3 CH COOHINH2

H3PO4

Ornitin-transcarbamilaza

Ornitin

Citrulin

H2N C NH (CH 2)3 CH COOH

OII

INH2

n prezena arginino-succinat-sintetazei, a ATP-ului i a ionilor de magneziu,

citrulina astfel format d o reacie de condensare cu acidul aspartic genernd acidul arginino-

succinic:

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

28/29

H2N C NH (CH 2)3 CH COOH

OII

INH 2

Citrulin

+

Acid aspartic

COOHI

CH NH 2I

COOH

CH 2I

Arginino-succinat-sintetaza

ATP AMP + PPi

Mg2+

CH 2 COOHI

NH CH COOH

NH (CH 2)3 CH COOHI

HN

C

NH 2I

Acid arginino-succinic

Reacia de mai sus este, n principiu, reversibil ns, n condiii fiziologic normale,

pirofosfatul rezultat este hidrolizat rapid sub aciuneapirofosfatazei, ceea ce face ca echilibrul

reaciei s se deplaseze spre dreapta. n etapa urmtoare acioneaz arginino-succinat liaza

care scindeaz acidul arginino-succinic cu formare de arginin i acid fumaric:

Acid arginino-succinic

CH 2 COOHI

NH CH COOH

NH (CH 2)3 CH COOHI

HN

C

NH 2I

H C COOH

HOOC C HII

+

Acid fumaric

Arginino-succinat liaza

H2N C NH (CH2)3 CH COOHIINH

INH2

Arginin

+

7/28/2019 48034543 Curs Biochimie

29/29

Arginino-succinat liaza este o enzim larg rspndit n organismul mamiferelor, fiind

prezent preponderent n ficat, rinichi i creier, iar reacia catalizat de ea are lor n citosol,

spre deosebire de reaciile precedente care se realizeaz n mitocondrii.

Ultima etap a ciclului ureogenetic const n scindarea argininei n ornitin i uree,

proces ce are loc exclusiv n ficat. Acest lucru este argumentat de faptul c enzima ce

catalizeaz aceast reacie arginaza este localizat exclusiv n hepatocite. Molecula sa

este alctuit din dou subuniti identice legate ntre ele prin intermediul ionilor de Mg 2+ i

are o mas molecular de 120.000 Da. Scindarea argininei se face pe cale hidrolitic, iar

ornitina rezultat poate relua un nou ciclu de transformare a carbamil-fosfatului. Aceast cale

metabolic este cunoscut sub numele de ciclu ureogenetic sau ciclul Krebs Henseleit:

+

Arginin Ornitin Uree

NH2

HN = CI

INHI

(CH2)3ICH NH2ICOOH

NH2I

(CH2)3ICH NH2ICOOH

Arginaza

H2OHN NH2

C

OHI

H2N

C

NH2

IIO

Ureea format n aceast cale metabolic este transportat pe cale sanguin la rinichi,

fiind eliminat apoi prin urin. Pentru fiecare molecul de uree format se consum o

molecul de dioxid de carbon i o molecul de amoniac care reprezint precursorii atomului

de carbon i respectiv a unuia din atomii de azot ai ureei. Cellalt atom de azot este cedat de

acidul aspartic care, la rndul su, este regenerat continuu n cursul proceselor de

transaminare ce au loc ntre glutamat i oxaloacetat.