Biochimie - Curs 8 Metabolismul aminoacizilor cuprinde o serie de ...

Biochimie - Curs 8
Metabolismul aminoacizilor cuprinde o serie de reacţii de degradare sau sinteză
prin care aminoacizii constituie precusorii polipeptidelor sau altor compuşi.
Marea majoritate a aminoacizilor din celulă sunt încorporaţi în proteine, compuşi
macromoleculari care sunt permanent sintetizaţi sau degradaţi. Excesul de
aminoacizi este convertit în alţi metaboliţi care constituie la rândul lor precursori
pentru glucoză, acizi graşi respective corpi cetonici.
Degradarea proteinelor
Componenţii din celulă sunt continuu converţi. Proteinele au timpi de viaţă de la
câteva minute la săptămâni. În multe cazuri proteinele sunt sintetizate în celulă din
aminoacizi şi pot fi degradate în aceştia. Prin aceste procese sunt satisfăcute
următoarele funcţii:
- Păstratea nutrienţilor sub formă proteică şi desfacerea acestora în funcţie de
necesităţile metabolice (procesele din ţesutul muscular);
- Eliminarea proteinelor anormale a căror acumulare poate influenţa în mod
negativ celula;
- Reglarea metabolismului celular prin eliminarea excesului de enzime sau
proteinelor care controlează diversele căi metabolice. De remarcat este
faptul că enzimele care sunt degradate mai rapid ocupă locuri strategice în
căile metabolice. Rata de degradare a proteinelor în celulă variază în funcţie
de starea nutriţională sau hormonală. De exemplu, în condiţiile în care
concentraţia nutrienţilor este redusă, celula creşte rata de degradarea a
proteinelor în scopul măririi concetraţiei de nutrienţi folosiţi în procesele
metabolice.
Degradarea la nivelul lizozomilor
Lizozomii conţin în jur de 50 de enzime hidrolitice, incluzând o serie de
proteaze (catepsine). În lizozomi valoarea pH-ului este menţinută la valoarea de 5
astfel încât enzimele (proteolitice) să-şi poată satisface activităţile catalitice.
Lizozomii degradează substanţele pe care celula le preia prin endocitoză
(mecanism fiziologic de pătrundere sau captare în celulă a unor substanţe din
mediul ambiant, care nu pot ajunge intracelular direct, prin difuziune (transport
pasiv sau activ). De asemenea, ei reciclează componenţii intracelulari care sunt
incluşi în vacuole, vezicule care fuzionează cu lizozomii. În celulele înfometate,
lizozomii importă şi degradează numai proteinele care au o anumită secvenţă

semnal (tetrapeptida KFERQ). Aceste proteine derivă din ţesuturi (ficat sau rinichi)
care se atrofiază ca răspuns la lipsa nutrienţilor.
Ubichitina
Degradarea proteinelor în celulele eucariote decurge într-o manieră dependentă
de ATP. Ubichitina este o proteină monomerică larg raspândită.
Proteinele sunt „marcate” pentru degradare prin legarea lor covalentă la
ubichitină. Acest proces decurge în trei etape:
- În prima reacţie, dependentă de ATP,
la gruparea carboxilică terminală a
ubichitinei se formează o legătură
tioesterică cu enzima E1;
- În cea de-a doua etapă ubichitina este
transferată pe alte enzime (E2) care
prezintă grupări tiolice (-SH);
- În ultima etapă ubichitin protein
ligaza (E3) transferă ubichitina
activată cu E2 pe un rest de lizină
(gruparea -NH2 din poziţia ε).
Pentru ca o proteină să fie eficient
degradată aceasta la aceasta trebuie să se
lege cel puţin 4 resturi de ubichitină (pâna
la 50 de resturi). După grefarea primului
rest de ubichitină pe proteina ce urmează a
fi degradată are loc grafarea altor resturi de
ubichitină pe primul rest (în partea Nterminală
a lanţului ubichitinei grefate
iniţial) prin formarea unor legături amidice
cu resturile de lizină.
Proteinele ubichitinilate pot fi degradate
proteolitic printr-un proces dependent
de ATP de către un complex multiproteic
numit proteazom 26 S. Acest complex are
forma unui cilindru găurit (proteazomul 20
S) care este acoperit de o parte şi de alta de

un capac (19S).
Dezaminarea aminoacizilor
Aminoacizii liberi derivă din procesele de degradare a proteinelor celulare sau
rezultă prin digestia proteinelor din dietă. Proteaza din sucul gastric, pepsina,
alături de enzimele pancreatice (tripsina, chimotripsina sau elastaza) şi de endo-
sau exopeptidaze degradează lanţurile polipeptidice la oligopetide şi aminoacizi.
Aceste substanţe sunt absorbite la nivelul mucoasei intestinale şi transportate prin
fluxul sanguin la alte ţesuturi.
Degradarea suplimentară a aminoacizilor are loc intracelular. O variantă este
aceea a degradării în care gruparea amino este îndepărtată, rezultă amoniac care
apoi este convertit în uree compus care poate fi eliminat mai uşor.
A. Transaminarea
Majoritatea aminoacizilor sunt dezaminaţi prin transaminare, reacţia prin
care transferă gruparea lor amino la un cetoacid.
Aminotransferazele sunt enzime care catalizează reacţia unui -aminoacid
cu un -cetoacid, conducând la formarea unui aminoacid diferit şi unui cetoacid
diferit.
Aspartat-aminotransferaza (L-aspartat: -cetoglutarat- aminotransferaza sau
glutamat-oxaloacetat-trasaminaza, TGO) catalizeaza reactia L-aspartatului cu cetoglutarat.
Mamiferele conţin două forme ale aspartat aminotrasferazei. Astfel, la nivelul
ficatului se întâlnesc două forme ale izoenzimelor TGO: o formă citozolică şi una
mitocondrială, ambele fiind purificate şi studiate intensiv. TGO este întalnită în
mai multe ţesuturi: miocard, ficat, muşchii scheletici, rinichi, pancreas, ţesut
cerebral, splină, fiind astfel un indicator mai puţin specific al funcţiei hepatice.
Enzima bacteriană (purificată din E.coli) în cantităţi suficiente în scopul
cristalizării şi implicit determinării mecanismului de acţiune. În absenţa
substratului enzima se afla sub forma unui aduct (baza Schiff intre Lys258 si
piridoxal fosfat sau vitamina B6-cofactor), compus care absoarbe la 430 nm. După

legarea L-aspartatului se formează un nou intermediar aldiminic, care absoarbe la
aceeaşi lungime de undă. Gruparea -amino din Lys258, este eliberată din cofactor
şi actionează ca o bază pentru deprotonarea atomului de hidrogen din poziţia .
Analog, transaminarea L-alaninei are loc sub acţiunea alanin-aminotransferazei
(L-alanin--cetoglutarat- aminotransferaza sau glutamat-piruvat transaminaza,
TGP).TGP este o enzimă ce se găseşte în ficat, dar în cantităţi mici se mai poate
regăsi în rinichi, inimă şi muşchi. În condiţii normale, nivelul de TGP din sânge
este scăzut. Atunci când ficatul este afectat, enzimele TGP sunt eliberate în sistemul
sangvin, în general înainte ca alte simptome evidente să apară, precum icterul
(îngălbenirea ochilor şi a tegumentelor).
B. Dezaminarea oxidativă
În cazul transaminării nu are loc o dezaminare completă a aminoacizilor.
Glutamatul este dezaminat oxidativ de către glutamat dehidrogenaza (GDH)
conducând la amoniac şi cetoglutarat, compus care ulterior poate fi folosit în
reacţiile de transaminare.
Glutamat dehidrogenaza este o enzimă mitocondrială care poate avea drept
cofactor NAD + sau NADP. Enzima este inhibată de GTP sau NADH şi activată de
către ADP sau NAD + . Produsul acestei reacţii (cetoglutaratul) este un intermediar
şi ca atare stimulează producerea ATP-ului prin intermediul fosforilării oxidative.
Există două tipuri de flavoproteine cu activitate dehidrogenazică. L–aminoacid
oxidaza este localizată în reticulul endoplasmatic, iar D–aminoacid oxidaza se află
în microzomii celulelor hepatice. Cofactorii acestor oxidaze (FADH2 şi FMNH2)
reacţionează direct cu oxigenul molecular, generând H2O2 care este la rândul său
descompusă în apă şi oxigen sub influenţa catalazei. Acest proces enzimatic are loc
în peroxizomii celulelor hepatice.

Decarboxilarea aminoacizilor
Procesul este catalizat de enzime numite decarboxilazele, proteine care conţin
în calitate de coenzimă piridoxal fosfat (fosfopiridoxal).
Piridoxal fosfat
Aminele formate prin decarboxilare posedă importante proprietăţi farmacodina-
mice (histamina, tiramina) şi fiziologice.
Histidina suferă o reacţie de decarboxilare, conducând la histamine care este un
vasodilatator puternic în ţesutul animal. Histamina este eliberată în cantităţi
apreciabile ca răspuns la reacţiile alergice. Această amină stimulează şi secreţia
acidă din stomac. Există şi antagonişti ai histamine (cimetidină, Tagamet) care sunt
folosiţi la tratarea ulcerelor duodenale.

Serotonina este un neurotransmiţător care rezultă în urma a două etape pornind de
la triptofan. Cea de-a două etapă este o reacţie de decarboxilare
Prin decarboxilarea acidului glutamic
rezultă -amino-butiratul (GABA). GABA
acționează la nivelul membranei postsina-
ptice, determinând hiperpolarizarea și
potențiale inhibitoare prin creșterea
conductanței pentru Cl - . De asemenea
participă în mecanismele inhibitoare
medulare. Analogii acidulului gamma-
aminobutiric, datorită proprietăților lor
inhibitorii, pot fi utilizaţi în anumite
tratamente ale epilepsiei.

Serin decarboxilaza, o enzimă care se găseşte în extractele vegetale (frunze
de spanac), catalizează reacţia de decarboxilare a serinei la etanol amină, compus
care este un intremediar în sinteza glicero-fosfolipidelor.
În procesul de putrefacţie se formează
numeroase amine, numite ptomaine (cadave-
rina, putresceina), prin decarboxilarea amino-
acizilor de către microorganisme. Procesele de
intoxicare în cazul consumului unor alimente
alterate se explică prin prezenţa acestor amine
toxice. De asemenea prezenţa aminelor
biogene permite controlul biosintezei protei-
nelor din ribozomi, stabilizarea membranelor
celulare, controlul pH-ului celulelor şi proli-
ferarea celulelor.