8 metabolismul proteinelor
Post on 18-Oct-2015
210 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
Metabolismul proteinelor
-
Metabolismul proteinelor
-
Digestia i absorbia proteinelor
Majoritatea compuilor cu azot ingerai de om sunt proteine. Atunci cnd discutm digestia proteinelor, implicit discutm i digestia compuilor cu azot. Moleculele proteice intacte nu pot fi absorbite ca atare prin tractul gastro-intestinal la animalele adulte, dect n cazuri excepionale i foarte rare. Pentru a putea fi absorbite proteinele sunt hidrolizate la structuri cu molecule mai mici de aminoacizi sau peptide mici. Cu toate c proteinele au structuri complexe, ele sunt formate de un numr redus de aminoacizi (cca. 20) diferii, legai ntre ei prin legturi peptidice.
-
Legtura peptidic se rupe uor conducnd la un amestec de aminoacizi liberi. Teoretic, o singur enzim specific poate asigura scindarea legturilor peptidice i deci digestia proteinelor. n realitate situaia este mai complex, deoarece enzimele digestive prezint a mare specificitate pentru localizarea respectivei polipeptide, localizarea punctului de hidroliz i natura aminoacizilor, care intervin n legtura peptidic respectiv.Cu toate c n alimentaie exist n mod obinuit milioane de proteine, el pot fi digerate de un numr redus de enzime proteolitice, ce pot fi clasificate n 2 mari grupe: exopeptidaze i endopeptidaze.
-
Exopeptidazele au rolul de a ndeprta un aminoacid de la captul lanului prin hidroliza unei legturi peptidice cu obinerea unui aminoacid i a unei polipeptide cu un aminoacid mai puin n molecul. De exemplu: carboxipeptidaza, aminopeptidaza, dipeptidaza, tripeptidaza.Endopeptidazele au rolul de a hidroliza n general legturi peptidice din interiorul lanului, dnd natere unor lanuri polipeptidice mai mici. De exemplu: pepsina, tripsina, chimotripsina, elastina.Proteinele care ajung n tractul digestiv sufer aciunea diferitelor enzime degradndu-se pn la stadiul de aminoacizi, care la rndul lor sunt apoi catabolizai pe ci diferite.
-
O enzim deosebit de important pentru laboratorul clinic, din categoria N-aminoacidpetidazelor este LAP (leucinaminopeptidaza). Nivelul acestei enzime crete mult i specific n afeciunile cilor biliare, dar rmne nemodificat n leziunile parenchimului hepatic. Deasemenea are valoare n diagnosticul diferenial al icterului mecanic fa de cel hepatocelular i cel hemolitic. n ultimele 2 forme de icter, nivelul rmne cel normal.
-
Schema degradrii proteinelor
-
Metabolismul intermediar al aminoacizilor
Aminoacizii sunt:substanele cele mai importante ale metabolismului azotului n organismele heterotrofe. servesc ca surs de energie n special prin intermediul oxidrii scheletului hidrocarbonat.Metabolismul aminoacizilor se gsete ntr-o stare dinamic, la fel ca i cel al hidrailor de carbon i al lipidelor.
-
Metabolismul aminoacizilor include cteva probleme de interes medical:
sinteza i degradarea proteinelor conversia scheletului hidrocarbonat al aminoacizilor n intermediari amfibolici sinteza ureei formarea unor compui fiziologici activi adrenalina, noradrenalina, DOPA, dopamina, serotonina, acidul--aminobutiric sau GABA, tirozina, creatina, creatinina, nucleul heminic, bazele purinice.
-
Catabolismul N-aminoacidic
Cei cca 20 de aminoacizi care intr n structura proteinelor prezint mecanisme: specifice comune de metabolizareCile comune de degradare se refer -gruprilor funcionale, aminice i carboxilice-catenelor ternare, care n aceste etape trec prin transformri comune.
-
Principalele mecanisme generale de transformare ale aminoacizilor sunt:transaminareadecarboxilareadezaminarea aminoacizilor
-
Transaminarea
n cel puin 12 aminoacizi gruparea -aminic este ndeprtat enzimatic prin transaminare. n aceste reacii, gruparea -aminic este transferat pe atomul de carbon al unui cetoacid, care, de obicei este acidul cetoglutaric cu formarea cetoacidului analog aminoacidului iniial i a acidului L-glutamic.
-
Enzimele care catalizeaz acest tip de reacii se numesc aminotransferaze sau transaminaze.
Cele mai multe transaminaze folosesc ca acceptor de grupare aminic -cetoglutaratul, fiind astfel specifice pentru substratul -cetoglutarat-L-glutamat.
Specificitatea pentru donorul de grupri aminice este mai puin strict, dect cea pentru acceptorul de grupri aminice.
-
Totui, enzimele manifest anumite preferine i astfel anumii aminoacizi sunt transaminai mai rapid dect alii. De exemplu: aspartat transaminaza catalizeaz reacia dintre acid aspartic i acid -cetoglutaric cu formare de acid oxalilacetic i acid L-glutamic.Aceast enzim are activitate mai mare atunci cnd donorul de grupri aminice este acidul L-aspartic, dar poate fi folosit i pentru ali aminoacizi ca i donori.
-
esuturile animale mai conin pe lng aspartat-transaminaz i alte transaminze, ce folosesc tot -cetoglutaratul ca acceptor de grupri aminice ca : alanin-transaminaza leucin-transaminaza, tirozin-transaminaza ce catalizeaz urmtoarele reacii:
-
Reaciile de transaminare sunt uor reversibile, ele se pot desfura n ambele direcii.
Glutamatul, produsul final al majoritii transaminrilor, cedeaz apoi gruparea aminic ntr-o serie de reacii final, ce duc la formarea compuilor azotai de excreie.
Transaminazele se gsesc n: - mitocondrii - citosolul celulelor eucariote.
-
La mamifere, aspartat transaminaza din citosol catalizeaz reaciile de transaminare a diferiilor aminoacizi cu formarea glutamatului.
Glutamatul format intr apoi n matricea mitocondrial, printr-un sistem specific de transport prin membran.
Aici, glutamatul este fie dezaminat direct, fie cedeaz gruparea aminic oxalilacetatului, ntr-o reacie catalizat de aspartat transaminaza mitocondrial, cu formarea aspartatului, donorul imediat de grupri aminice n sinteza ureei.
-
Transaminazele au drept coenzim piridoxalfosfatul, care poate fixa aminoacidul formnd o cetimin sau baza Schiff, cu urmtoarea structur:
-
Hidrogenul de la C este eliberat ca proton, ceea ce conduce la restructurarea moleculei, cu deplasarea dublei legturi i a centrului nucleofil la C unde se fixeaz protonul. Acest produs este tot o baz Schiff, care prin hidroliz elibereaz un cetoacid i piridoxalfosfatul, care reintr ntr-un nou ciclu de reacii.
-
Procesul are loc n felul urmtor:
-
Piridoxal-fosfatul, legat foarte strns, dar nu covalent de proteina enzimatic este transportorul de grupri aminice.
n cursul ciclului su catalitic el sufer tranziii reversibile ntre forma sa liber de aldehid (piridoxal-fosfatul) i forma sa aminat (piridoamin-fosfatul).
Schema complet cu cei doi timpi ai procesului de transaminare este urmtoarea:
-
1
2
-
Piridoxal-fosfatul format poate s reintre ntr-un nou ciclu de transformri.
Reacia de transaminare este un exemplu de dubl dislocare, cu cinetica ping-pong corepsunztoare.
n enzima liber, piridoxal-fosfatul se leag de proteina enzimatic nu numai prin azotul din ciclu, ci i prin formarea unei baze Schiff cu gruparea -amino a unei lizine din protein.
-
Aminoacidul substrat disloc gruparea lizil--amino din legtura cu piridoxal-fosfatul, formnd o aldimin substrat-piridoxal fosfat.Acidul glutamic, drept colector universal de grupri aminice joac un rol central n metabolismul aminoacizilor din dou puncte de vedere. -Acesta- poate prelua direct sau indirect gruprile aminice de la majoritatea aminoacizilor -poate regenera, prin dezaminarea oxidativ acidul -cetoglutaric, care devine apt s accepte gruprile aminice.
-
Exemplu:
-
Dezaminarea oxidativ
Glutamatul format sub aciunea transaminazelor poate fi rapid dezaminat oxidativ sub aciunea glutamat dehidrogenazei, o piridin-enzim prezent att n citosol, ct i n mitocondriile hepatocitului.
-
Gruprile aminice colectate de la diferii aminoacizi de ctre glutamat sunt descrcate sub form de ioni de NH4+ . n aceast reacie are loc i o dehidrogenare. Se presupune c dehidrogenarea glutamatului are loc n dou etape: n prima etap se formeaz -iminoglutaratul, care n a 2-etap este hidrolizat la cetoacid.
-
Enzima care catalizeaz aceast reacie se numete L-glutamat dehidrogenaza.
-poate folosi ca acceptor de electroni att NAD+ ct i NADP+, preferat fiind NAD+ NADH ul format este oxidat n lanul transportor de electroni.
- are un rol cheie n dezaminarea aminoacizilor-enzim allosteric- nhibat -ATP -GTP -NADH -stimulat - ADP -GDP.
-
Multe organisme conin aminoacid oxidaze flavin-dependente, care i ele catalizeaz dezaminarea oxidativ a aminoacizilor.
L-aminoacid oxidaza este specific pentru dezaminarea L-aminoacizilor i catalizeaz reacia:
-
L-aminoacidoxidaza are ca grupare prostetic FMN strns legat de proteina enzimatic. Se gsete n reticulul endoplasmatic - ficat -rinichi. D-aminoacid oxidaza, prezent n ficat i rinichi, care oxideaza D-aminoacizii la -cetoacizii corespunztori.
-
Rolul D-aminoacidoxidazei este de a iniia degradarea D-aminoacizii provenii din degradarea enzimatic a peptidoglicanilor din pereii celulari ai bacteriilor intestinale, care conin acid D-glutamic i ali D-aminoacizi.Formele reduse al L- i D-aminoacidoxidazelor pot reaciona direct cu O2 formnd H2O2 i regenernd enzimele sub forma lor oxidat.
-
Apa oxigenat format este descompus de catalaz la ap i oxigen molecular.
n celulele eucariote, L-i D-aminoacidoxidazele precum i uratoxidaza sunt localizate n microcorpi. Tot n aceste organite se gsete i catalza. Din acest motiv organitele repective se mai numesc i peroxizomi.
-
Decarboxilarea aminoacizilor
Un alt mecanism de degradare a aminoacizilor l constituie decarboxilarea sub aciunea aminoacid-decarboxilazelor, a cror coenzim este piridoxal-fosfatul. n urma procesului de decarboxilare se formeaz aminele primare corespunztoare, numite i amine biogene.
-
Pentru ca reacia s aib loc, i n acest se formeaz o baz Schiff ntre aminoacid i piridoxal-fosfat.
Deplasrile electronilor spre N piridinic labilizeaz legtura dintre C i gruparea carboxilic.
Are loc eliberarea unei molecule de CO2 urmat de hidroliza bazei Schiff astfel rezultate.
Din hidroliz rezult piridoxalfosfatul i se pune n libertate amina respectiv.
-
Mecanismul reaciei este urmtorul:
-
Exemple de reacii de decarboxilare:
-
Din decarboxilarea histidinei, triptofanului, 5-hidroxitriptofanului, tirozinei rezult histamina, triptamina, serotonina i tiramina cu rol de hormoni tisulari.
Din decarboxilarea treoninei, cisteinei i acidului aspartic rezult propanolamina, cisteamina, -alanina, care intr n structura cobalaminei i CoA.
Din decarboxilarea acidului glutamic se formeaz acidul -aminobutiric, important pentru metabolismul esutului nervosDin decarboxilarea aminoacizilor bazici ca: lizina, ornitina, arginina rezult cadaverina, putresceina, care sunt produi de putrefacie.
-
Metabolismul amoniacului
Formarea i eliminarea amoniacului
n afara amoniacului care apare n esuturi ca rezultat al metabolismului aminoacizilor (dezaminarea oxidativ), o cantitate considerabil se mai formeaz din proteinele alimentare sub aciunea bacteriilor intestinale i din ureea prezent n lichidele secretate din tractul gastro-intestinal.
Acest amoniac este absorbit din intestin n sngele portal venos, care conine cantiti mai mari de amoniac dect sngele sistemic.
n condiii normale, ficatul ndeprteaz prompt amoniacul din sngele portal, astfel nct sngele ce prsete ficatul, este n mod virtual liber de amoniac.
-
Acest lucru este esenial deoarece cantiti mici de amoniac sunt toxice pentru sistemul nervos (normal n snge se gsesc 10-20g NH3 /100ml).
Simptomele intoxicaiei cu amoniac sunt rezultatul unei slbiri ale funciilor creierului i se manifest prin:grea vrsturiletargieataxieconvulsiiiar n cazuri mai grave com prin hiperamoniemie (cc 100g NH3 /100 ml) i chiar moartea.
-
Aceste simptome sunt asemntoare comei hepatice, cnd nivelul amoniacului din ficat i probabil din creier este foarte crescut.
Intoxicaia cu amoniac pare s fie un factor etiologic n coma hepatic.
Simptome asemntoare apar i n hepatomegalie i n general, cnd funciile hepatice sunt puternic alterate, deoarece ficatul este sediul transformrii amoniacului n uree.
-
Mecanismul prin care amoniacul i exercit efectul asupra creierului nu se cunoate nc.
Se presupune c se datorete descreterii formrii de ATP pe calea ciclului citric din cauza transformrii unei cantiti excesive de -cetoglutarat n glutamat i glutamin.
Nivelul acestor metabolii, la fel ca i a amoniacului este crescut n creier n decursul intoxicaiei cu amoniac.
-
Alterri ale proceselor de transmisie neural datorit unor formri excesive de acid -aminobutiric (GABA) din glutamat pot fi, deasemenea implicate.
Coninutul de amoniac din sngele din venele renale, mai mare dect n arterele renale, indic faptul c amoniacul este produs n rinichi i apoi trece n snge.
Excreia n urin a amoniacului produs n celulele tubilor renali constituie cel mai semnificativ aspect al metabolismului amoniacului renal.
-
Producerea de amoniac este un mecanism important al tubilor renali, de reglare a balanei acido-bazice i conservare de cationi, fiind foarte crescut n acidoza metabolic i sczut n alcaloz.
Amoniacul produs la nivelul rinichilor deriv din aminoacizii intracelulari i n special din glutamin.
-
Eliberarea de amoniac este catalizat de glutaminaza renal, conform reaciei:
-
Amoniacul poate fi excretat sub form de sruri de amoniu.
Marea majoritate este excretat sub form de uree, care se formeaz n ciclul ureogenetic.
Practic amoniacul format n esuturi, dar prezent n sngele periferic n urme, este ndeprtat rapid din circulaie sub form de glutamin i uree.
-
Formarea de glutamin este catalizat de glutamin-sintetaz, enzim prezent n cantiti mari n esutul renal.
-
La animale, plante i microbi exist o reacie catalizat de L-asparaginaz, analoag celei catalizate de glutaminaz la om.
Asparaginaza i glutaminaza sunt utilizate ca ageni antitumorali, deoarece tumorile necesit cantiti mari de acid aspartic i acid glutamic.
-
calea major de ndeprtare a amoniacului la nivelul creierului este formarea glutaminei n ficat calea major o constituie transformarea n uree.
Un adult cu o activitate normal, moderat excret zilnic 16,5g azot. - 95% se elimin prin rinichi - 5% este stocat i apoi eliminat prin fecale. Ureea constituie 80-90% din azotul excretat.
Interconversia amoniacului i a glutaminei, catalizat de glutaminsintetaz i glutaminaz, poate fi prezentat schematic astfel:
-
Ciclul ureogenetic
n cursul reaciilor ce alctuiesc un ciclu complet dintr-un mol de amoniac rezult un mol de uree i se consum 3 moli de ATP.
Reaciile succesive sunt catalizate de 5 enzime.
-
Carbamoil sintetaza prezent n mitocondriile hepatice ale organismelor ureotelice, inclusiv organismul uman, catalizeaz sinteza carbamoilfosfatului cu consum de 2 moli de ATP.
-
Ornitincarbamoilaza se gsete n mitocondriile hepatice i catalizeaz reacia de sintez a citrulinei, pentru care are o mare specificitate.
-
citrulina n prezen de argininosuccinat-sintetaza formeaz argininosuccinatul.
-
argininosuccinaza, prezent n esutul hepatic i renal al mamiferelor catalizeaz reacia de scindare a argininosuccinatului n arginin i acid fumaric, care intr n ciclul citric.
-
n continuare acidul fumaric intr n ciclul citric i va suferi o transformare obinuit, adic n prezen de fumaraz trece n acid malic, care la rndul su sub aciunea malatdehidrogenazei trece n oxalilacetat.
-
Oxalilacetatul intr ntr-o reacie de transaminare la care particip acidul glutamic i transaminaza glutamico-oxalacetic(GOT), formnd acidul aspartic.
-
Deasemenea arginina format este scindat de arginaz (enzim prezent n ficatul tuturor organismelor ureotelice) la ornitin i uree. Arginaza se gsete n cantiti mici rinichi creier glanda mamar, esut testicular piele. Enzima poate fi nhibat competitiv de ornitin i lizin.
-
Ornitina rezultat poate s reia un nou ciclu, iar ureea format este excretat urinar.
-
Ciclul ureogenetic este o cale metabolic foarte costisitoare pentru organism, deoarece pentru fiecare molecul de uree ce se formeaz se consum 3 legturi macroergice.
Cantitatea de uree excretat de un adult normal prin urin este de 25-30g n 24 de ore.
Aceast cantitate reprezint 90% din substanele azotate i variaz proporional cu cantitatea de protein ingerat.
-
n condiii normale excreia de amoniac reprezint numai de 2,5-4,5% din totalul azotului urinar.Excreia amoniacului reprezint o funcie important n meninerea balanei acido-bazice. Amoniacul se formeaz la nivelul rinichilor unde se combin cu ionii de hidrogen formnd ioni de amoniu.Coninutul su crete n acidoz i scade n alcaloz.Ureogeneza este un proces semiciclic deoarece ornitina consumat n reacia 2 este regsit n ultima reacie.
-
Boli metabolice legate de dereglri aprute n ciclul ureogenetic
Lipsa uneia dintre enzimele care intervin n ciclul ureogenetic determin apariia unor afeciuni, care toate sunt cauzate de intoxicaia cu amoniac. Acesta nu se mai poate transforma n uree, produs netoxic care se elimin.
Deficitul de carbamoilfosfatsintetaz este probabil ereditar i cauzeaz hiperamoniemia de tip I.
Deficitul de transcarbamoilaz duce la apariia enzimopatiilor congenitale. Boala se numete hiperamonemie de tip II. n aceste cazuri n snge, lichid cerebrospinal i urin s-au gsit cantiti mari de glutamin, iar n esuturi cantiti mari de amoniac.
Lipsa activitii argininosuccinat-sintetazei duce la citrulinemie, o boal foarte rar. n sngele i n lichidul cerebrospinal al pacienilor se gsesc cantiti mari de citrulin, iar n urin eliminarea este masiv (1-2g citrulin/24 de ore).
-
Absena argininosuccinazei duce la argininosuccinurie. Enzima este absent n creier, ficat, rinichi, eritrocite i fibroblastele din piele.Simptomatologia se caracterizeaz prin hiperamonemie, vrsturi,letargie,com.Tratamentul const n administrarea de arginin i benzoat de sodiu.
Absena arginazei conduce la hiperargininemie.Aceasta se caracterizeaz prin creterea nivelului de arginin n snge i n lichid cerebrospinal,eliminare urinar crescut de arginin,lizin i ornitin.Tetraplegie spastic progresiv i retardare mental.Arginaza cerebrospinal nu este ntotdeauna absent, uneori este mai sczut.Tratamentul const n dieta cu aa.eseniali (exclusiv arginin) i regim hipoproteic.
-
Utilizarea scheletului de atomi de carbon ai aminoacizilor
Aminoacizii sunt utilizai alturi de glucide i lipide la acoperirea necesitilor energetice ale organismelor animale.
n condiiile unei alimentaii echilibrate i n stare normal, organismul uman i procur cel mult 10% din necesarul de energie prin degradarea aminoacizilor.
Pentru producerea de energie, scheletul de atomi de carbon al aminoacizilor este degradat oxidativ la CO2 i H2O. S-a constatat c atomii de carbon din scheletul aminoacizilor se regsesc nu numai n CO2 ci i n structura glucozei i lipidelor sintetizate endogen.
-
Aminoacizii din care se sintetizeaz glucoz se numesc glucogeni, iar cei din care se sintetizeaz lipide se numesc cetogeni.Unii aminoacizi sunt att glucogenici ct i cetogenici.
producerea de energie sinteza de lipide i glucozsunt transformai pe ci mai simple sau mai complexe n intermediari ai ciclului Krebs sau n compui aflai n strns legtur cu acest ciclu: oxalilacetat, -cetoglutarat, succinil-CoA, fumarat, piruvat, acetil-CoA.
-
n cazul unora dintre aminoacizi exist ci specifice de trecerea spre 2 dintre compuii menionai: -triptofanul la- acetil-CoA - acetoacetil-CoA -tirozina la- fumarat - acetoacetil-CoA.
-
Schema general de metabolizare a scheletului de atomi de C ai aminoacizilor
-
Defecte n metabolizarea aminoacizilor
n legtur cu metabolismul aminoacizilor sunt descrise mai multe afeciuni cauzate n principal de defecte la sinteza unor enzime cheie.
Fenilcetonuria apare atunci cnd lipsete fenilalanin-hidroxilaza. Fenilalanina -nu se mai poate transforma n tirozin - se transform n- acid fenilpiruvic, - acid fenillactic -acid fenilacetic ( toxici pentru creier care se elimin parial prin urin).
-
Alcaptonuria- apare datorit absenei homogentizatoxidazei - acumularea ac.homogentizinic Aceasta duce la pigmentarea anormal a esutului conjunctiv, datorit unui pigment negru ce se formeaz la nivelul esutului conjunctiv.Albinismul- apare prin lipsa tirozinazei, enzim ce iniiaz oxidarea tirozinei pentru formarea pigmenilor melaninici. - pielea,prul i irisul sunt decolorate. -prezint o accentuat fotosensibilitate.
-
Histidinemia- apare datorit lipsei enzimei histidin-amonio-liazei. -histidina se elimin parial prin urin, parial se transform n acid imidazol-piruvic. -acestea duc la ntrzierea dezvoltrii generale i a vorbirii.Cistinuria- apare datorit unei reabsorbii tubulare defectuoase a cistinei - ceea ce determin eliminarea ei n cantiti mari prin urin. -fiind puin solubil, cistina formeaz calculi
-
Metabolismul amoniacului Formarea i eliminarea amoniacului Surs de amoniac-apare n esuturi ca rezultat al metabolismului aminoacizilor (dezaminarea oxidativ,transaminare) - din proteinele alimentare sub aciunea bacteriilor intestinale -din glutamin n rinichi prin aciunea glutaminazei. -din purine i pirimidine Acest amoniac este absorbit din intestin n sngele portal venos, care conine cantiti mai mari de amoniac dect sngele sistemic. n condiii normale, ficatul ndeprteaz prompt amoniacul din sngele portal, astfel nct sngele ce prsete ficatul, este n mod virtual liber de amoniac.
-
Acest lucru este esenial deoarece cantiti mici de amoniac sunt toxice pentru sistemul nervos (normal n snge se gsesc 10-20g NH3 /100ml).
Simptomele intoxicaiei cu amoniac sunt rezultatul unei scderi ale funciilor creierului i se manifest prin:grea vrsturiletargieataxieconvulsiiiar n cazuri mai grave com prin hiperamoniemie (cc 100g NH3 /100 ml) i chiar moartea.
-
Aceste simptome sunt asemntoare comei hepatice, cnd nivelul amoniacului din ficat i probabil din creier este foarte crescut.
Intoxicaia cu amoniac pare s fie un factor etiologic n coma hepatic.
Simptome asemntoare apar i n hepatomegalie i n general, cnd funciile hepatice sunt puternic alterate, deoarece ficatul este sediul transformrii amoniacului n uree.
-
Mecanismul prin care amoniacul i exercit efectul asupra creierului nu se cunoate nc.
Se presupune c se datorete descreterii formrii de ATP pe calea ciclului citric din cauza transformrii unei cantiti excesive de -cetoglutarat n glutamat i glutamin.
Nivelul acestor metabolii, la fel ca i a amoniacului este crescut n creier n decursul intoxicaiei cu amoniac.
-
Alterri ale proceselor de transmisie neural datorit unor formri excesive de acid -aminobutiric (GABA) din glutamat pot fi, deasemenea implicate.
Coninutul de amoniac din sngele din venele renale, mai mare dect n arterele renale, indic faptul c amoniacul este produs n rinichi i apoi trece n snge.
Excreia n urin a amoniacului produs n celulele tubilor renali constituie un aspect semnificativ al metabolismului amoniacului renal.
-
Producerea de amoniac este un mecanism important al tubilor renali, de reglare a balanei acido-bazice i conservare de cationi, fiind foarte crescut n acidoza metabolic i sczut n alcaloz.
Amoniacul produs la nivelul rinichilor deriv din aminoacizii intracelulari i n special din glutamin.
-
Eliberarea de amoniac este catalizat de glutaminaza renal, conform reaciei:
-
Amoniacul poate fi excretat sub form de sruri de amoniu.
Marea majoritate este excretat sub form de uree, care se formeaz n ciclul ureogenetic.
Practic amoniacul format n esuturi, dar prezent n sngele periferic n urme, este ndeprtat rapid din circulaie sub form de glutamin i uree.
-
Formarea de glutamin este catalizat de glutamin-sintetaz, enzim prezent n cantiti mari n esutul renal.
-
La animale, plante i microbi exist o reacie catalizat de L-asparaginaz, analoag celei catalizate de glutaminaz la om.
Asparaginaza i glutaminaza sunt utilizate ca ageni antitumorali, deoarece tumorile necesit cantiti mari de acid aspartic i acid glutamic.
-
calea major de ndeprtare a amoniacului la nivelul creierului este formarea glutaminei n ficat calea major o constituie transformarea n uree.
Un adult cu o activitate normal, moderat excret zilnic 16,5g azot. - 95% se elimin prin rinichi - 5% este stocat i apoi eliminat prin fecale. Ureea constituie 80-90% din azotul excretat.
Interconversia amoniacului i a glutaminei, catalizat de glutaminsintetaz i glutaminaz, poate fi prezentat schematic astfel:
-
Corelaia dintre glutamat, glutamin i a-cetoglutarata-cetoglutaratglutamatglutaminNH3NH3NH3NH3glutamat+NAD++H2Oa-cetoglutaratNH3++NADHglutamatNH3+glutaminATPADPglutaminH2O+glutamatNH3+A. Glutamat dehidrogenazB. Glutamin sintetaz (ficat) C. Glutaminaz (rinichi) Din reacia de transaminareTrece n ciclul ureogenetic
-
Ciclul ureogeneticn cursul reaciilor ce alctuiesc un ciclu complet dintr-un mol de amoniac rezult un mol de uree i se consum 3 moli de ATP.
Reaciile succesive sunt catalizate de 5 enzime.
-
Carbamoil sintetaza prezent n mitocondriile hepatice ale organismelor ureotelice, inclusiv organismul uman, catalizeaz sinteza carbamoilfosfatului cu consum de 2 moli de ATP.
-
Ornitincarbamoilaza se gsete n mitocondriile hepatice i catalizeaz reacia de sintez a citrulinei, pentru care are o mare specificitate.
-
citrulina n prezen de argininosuccinat-sintetaza formeaz argininosuccinatul.
-
argininosuccinaza, prezent n esutul hepatic i renal al mamiferelor catalizeaz reacia de scindare a argininosuccinatului n arginin i acid fumaric, care intr n ciclul citric.
-
n continuare acidul fumaric intr n ciclul citric i va suferi o transformare obinuit, adic n prezen de fumaraz trece n acid malic, care la rndul su sub aciunea malatdehidrogenazei trece n oxalilacetat.
-
Oxalilacetatul intr ntr-o reacie de transaminare la care particip acidul glutamic i transaminaza glutamico-oxalacetic(GOT), formnd acidul aspartic.
-
Deasemenea arginina format este scindat de arginaz (enzim prezent n ficatul tuturor organismelor ureotelice) la ornitin i uree. Arginaza se gsete n cantiti mici rinichi creier glanda mamar, esut testicular piele. Enzima poate fi nhibat competitiv de ornitin i lizin.
-
Ornitina rezultat poate s reia un nou ciclu, iar ureea format este excretat urinar.
-
Ciclul ureogenetic este o cale metabolic foarte costisitoare pentru organism, deoarece pentru fiecare molecul de uree ce se formeaz se consum 3 legturi macroergice.
Cantitatea de uree excretat de un adult normal prin urin este de 25-30g n 24 de ore.
Aceast cantitate reprezint 90% din substanele azotate i variaz proporional cu cantitatea de protein ingerat.
-
n condiii normale excreia de amoniac reprezint numai de 2,5-4,5% din totalul azotului urinar.Excreia amoniacului reprezint o funcie important n meninerea balanei acido-bazice. Amoniacul se formeaz la nivelul rinichilor unde se combin cu ionii de hidrogen formnd ioni de amoniu.Coninutul su crete n acidoz i scade n alcaloz.Ureogeneza este un proces semiciclic deoarece ornitina consumat n reacia 2 este regsit n ultima reacie.
-
Boli metabolice legate de dereglri aprute n ciclul ureogeneticLipsa uneia dintre enzimele care intervin n ciclul ureogenetic determin apariia unor afeciuni, care toate sunt cauzate de intoxicaia cu amoniac. Acesta nu se mai poate transforma n uree, produs netoxic care se elimin.
Deficitul de carbamoilfosfatsintetaz este probabil ereditar i cauzeaz hiperamoniemia de tip I.
-
Deficitul de transcarbamoilaz duce la apariia enzimopatiilor congenitale. Boala se numete hiperamonemie de tip II. n aceste cazuri n snge, lichid cerebrospinal i urin s-au gsit cantiti mari de glutamin, iar n esuturi cantiti mari de amoniac.
Lipsa activitii argininosuccinat-sintetazei duce la citrulinemie, o boal foarte rar. n sngele i n lichidul cerebrospinal al pacienilor se gsesc cantiti mari de citrulin, iar n urin eliminarea este masiv (1-2g citrulin/24 de ore).
-
Absena argininosuccinazei duce la argininosuccinurie. Enzima este absent n creier, ficat, rinichi, eritrocite i fibroblastele din piele.
Simptomatologia se caracterizeaz prinhiperamonemie,vrsturiletargieCom
Tratamentul const n administrarea de arginin i benzoat de sodiu.
-
Absena arginazei conduce la hiperargininemie.Aceasta se caracterizeaz prin creterea nivelului de arginin n snge i n lichid cerebrospinal,eliminare urinar crescut de arginin,lizin i ornitin.
Tetraplegie spastic progresiv i retardare mental.Arginaza cerebrospinal nu este ntotdeauna absent, uneori este mai sczut.
Tratamentul const n dieta cu aa.eseniali (exclusiv arginin) i regim hipoproteic.
-
L-aspartatATPAMP + PPiArgininosuccinazaArgininosuccinatsintetazaH2OArginazaCarbamoil fosfat sintetazaL-ornitin-carbamoil transferazaMitocondrieCitosolL-ornitinaCarbamoil fosfatL-citrulina
-
Catabolismul scheletului de atomi de carbon ai aminoacizilor Aminoacizii sunt utilizai alturi de glucide i lipide la acoperirea necesitilor energetice ale organismelor animale.
n condiiile unei alimentaii echilibrate i n stare normal, organismul uman i procur cel mult 10% din necesarul de energie prin degradarea aminoacizilor.
Pentru producerea de energie, scheletul de atomi de carbon al aminoacizilor este degradat oxidativ la CO2 i H2O. S-a constatat c atomii de carbon din scheletul aminoacizilor se regsesc nu numai n CO2 ci i n structura glucozei i lipidelor sintetizate endogen.
-
Aminoacizii din care se sintetizeaz glucoz se numesc glucogeni, iar cei din care se sintetizeaz lipide se numesc cetogeni.Unii aminoacizi sunt att glucogenici ct i cetogenici.Caracteristici producerea de energie sinteza de lipide i glucozsunt transformai pe ci mai simple sau mai complexe n intermediari ai ciclului Krebs sau n compui aflai n strns legtur cu acest ciclu: oxalilacetat, -cetoglutarat, succinil-CoA, fumarat, piruvat, acetil-CoA.
-
Aminoacizi glucogenici Se formeaz: a-cetoglutarat, piruvat, oxaloacetat, fumarat sau succinil-CoA Aspartat Asparagin Arginin Fenilalanin Tirozin Izoleucin Metionin Valin Glutamin Glutamat Prolin Histidin Alanin Serin Cistein Glicin Threonin Triptofan
-
Aminoacizi cetogeniciformeaz acetil CoA sau acetoacetatLizinLeucin
-
Aminoacizi glucogenici i cetogenici formeaz: a-cetoglutarat, piruvat, oxaloacetat, fumarat sau succinil-CoA i acetil CoA sau acetoacetatIzoleucinTreoninTriptofanFenilalaninTirozin
-
alanina, serina, cisteina i treonina sunt convertite la piruvatPiruvat
-
aspartatul i asparagina sunt convertite la oxalacetat
-
unii aminoacizi sunt convertii la a-cetoglutarat prin glutamatGlutamina Prolina Histidina Arginina-cetoglutarat
-
n cazul unora dintre aminoacizi exist ci specifice de trecerea spre 2 dintre compuii menionai: -triptofanul la- acetil-CoA - acetoacetil-CoA -tirozina la- fumarat - acetoacetil-CoA.
-
Schema general de metabolizare a scheletului de atomi de C ai aminoacizilor
-
Defecte n metabolizarea aminoacizilor
n legtur cu metabolismul aminoacizilor sunt descrise mai multe afeciuni cauzate n principal de defecte la sinteza unor enzime cheie.
Fenilcetonuria apare atunci cnd lipsete fenilalanin-hidroxilaza. Fenilalanina -nu se mai poate transforma n tirozin - se transform n- acid fenilpiruvic, - acid fenillactic -acid fenilacetic -toxici pentru creier care se elimin parial prin urin-produce idioenie fenilpiruvic-depistarea precoce a bolii face posibil tratamentul-diet cu coninut redus de fenilalanin i administrare de tetrahidrobiopterin (pt forma atipic).
-
Fenilcetonurie
-
AlcaptonurieAlcaptonuria- apare datorit absenei homogentizatoxidazei - acumularea ac.homogentizinic ,trece n urin(se coloreaz n negru sau albastru) Aceasta duce la pigmentarea anormal a esutului conjunctiv, datorit unui pigment negru ce se formeaz la nivelul esutului conjunctiv.
-
AlbinismAlbinismul- apare prin lipsa tirozinazei, enzim ce iniiaz oxidarea tirozinei pentru formarea pigmenilor melaninici. - pielea,prul i irisul sunt decolorate. -prezint o accentuat fotosensibilitate.
-
Histidinemia- apare datorit lipsei enzimei histidinamonio-liazei. -histidina se elimin parial prin urin, parial se transform n acid imidazol-piruvic. -acestea duc la ntrzierea dezvoltrii generale i a vorbirii.Cistinuria- apare datorit unei reabsorbii tubulare defectuoase a cistinei - ceea ce determin eliminarea ei n cantiti mari prin urin. -fiind puin solubil, cistina formeaz calculi
top related