Metabolisme
Metabolisme Nitroge
Nitrogen
n
Peran sentral glutamat:
Peran sentral glutamat:
Empat dari asam amino: glutamat, aspartat, alanin dan glutamin terdapat dalam sel mamalia Empat dari asam amino: glutamat, aspartat, alanin dan glutamin terdapat dalam sel mamalia pada konsentrasi yang lebih tinggi dari 16 lainnya. Keempat memiliki fungsi metabolisme utama pada konsentrasi yang lebih tinggi dari 16 lainnya. Keempat memiliki fungsi metabolisme utama di samping peran mereka dalam
di samping peran mereka dalam protein, tetapi glutamat menempati posisi utama.protein, tetapi glutamat menempati posisi utama.
Glutamat dan fungsi aspartate sebagai neurotransmitter rangsang pada sistem saraf pusat, dan Glutamat dan fungsi aspartate sebagai neurotransmitter rangsang pada sistem saraf pusat, dan glutamat ini sebagian bertanggung jawab atas rasa makanan. (Ini adalah mono natrium glutamat ini sebagian bertanggung jawab atas rasa makanan. (Ini adalah mono natrium glutamat tercantum pada label makanan olahan.) Namun, glutamat juga menempati posisi glutamat tercantum pada label makanan olahan.) Namun, glutamat juga menempati posisi khusus dalam pemecahan asam amino, dan sebagian besar nitrogen dari protein makanan pada khusus dalam pemecahan asam amino, dan sebagian besar nitrogen dari protein makanan pada akhirnya dikeluarkan dari tubuh. Glutamat
akhirnya dikeluarkan dari tubuh. Glutamat berkaitan dengan 2-oxoglutarate (= a berkaitan dengan 2-oxoglutarate (= a ketoglutarate-)ketoglutarate-) yang merupakan perantara kunci dalam siklus Krebs. Glutamat dapat reversibel diubah menjadi yang merupakan perantara kunci dalam siklus Krebs. Glutamat dapat reversibel diubah menjadi 2-oxoglutar
2-oxoglutarate oleh ate oleh transaminase atau oleh glutamat transaminase atau oleh glutamat dehidrogenase. Selain itu, glutamat dapatdehidrogenase. Selain itu, glutamat dapat reversibel dikonversi menjadi glutamin, sebuah donor nitrogen penting, dan asam amino bebas, reversibel dikonversi menjadi glutamin, sebuah donor nitrogen penting, dan asam amino bebas, yang paling umum dalam plasma darah manusia.
yang paling umum dalam plasma darah manusia.
Transaminasi reaksi:
Transaminasi reaksi:
Kebanyakan asam amino yang umum dapat diubah menjadi asam keto yang sesuai dengan Kebanyakan asam amino yang umum dapat diubah menjadi asam keto yang sesuai dengan transaminasi. Reaksi ini swops gugus amino dari satu asam amino ke asam keto yang berbeda, transaminasi. Reaksi ini swops gugus amino dari satu asam amino ke asam keto yang berbeda, sehingga menghasilkan pasangan bar
Reaksi transaminasi dapat segera reversibel, dan konstanta kesetimbangan dekat dengan 1. Salah satu dari dua pasangan substrat biasanya glutamat dan asam keto yang sesuai dengan -oxoglutaratSemua transaminase memerlukan fosfat pyridoxal atau fosfat pyridoxamine (baik yang berasal dari vitamin b6) sebagai kofaktor esensial.
Pada mekanisme reaksi, Substrat mengikat ke satu pusat enzim aktif pada satu waktu, dan fungsi fosfat pyridoxal adalah untuk bertindak sebagai penyimpan sementara kelompok amino sampai substrat berikutnya datang. Dalam proses pyridoxal fosfat diubah menjadi fosfat pyridoxamine, dan kemudian kembali lagi. Enzymologists menyebutnya "ping pong" mekanisme, dan itu mengarah pada pola karakteristik garis dalam plot timbal balik ganda 1 / V versus 1 / S1 di berbagai konsentrasi S2.
Kondensasi antara kelompok alpha amino dan aldehida aromatik untuk membentuk "base Schiff" membuat atom karbon alfa kimia reaktif, sehingga isomerisation basis Schiff berlangsung sangat mudah. Dalam prakteknya bentuk pyridoxal dari koenzim mengembun dengan epsilon kelompok amino dari residu lisin pada protein enzim ketika tidak ada asam amino yang terikat, dan bentuk aldehida bebas dari koenzim hanya memiliki keberadaan sementara. Banyak enyzmes metabolisme asam amino yang memerlukan fosfat pyridoxal sebagai suatu kofaktor. Di luar dugaan, senyawa ini juga berfungsi dengan cara yang sama sekali berbeda di pusat aktif fosforilasa glikogen.
G
lutamat: oksaloasetat transaminase [
GOT]
Enzim ini juga dikenal sebagai aspartate aminotransferase dan merupakan salah satu enzim yang paling aktif dalam sel. Ini ada dalam varian mitokondria dan sitosol, dan pola iso-enzim rinci jaringan-spesifik. Ia lolos dalam jumlah besar dari jaringan mati atau sekarat dan memasuki aliran darah, sehingga GOT sering diukur dalam contoh darah untuk keperluan diagnostik medis.
Pentingnya metabolisme enzim ini adalah bahwa ia membawa tentang pertukaran bebas antara kelompok amino glutamat (yang merupakan asam amino yang paling umum) dan aspartat yang merupakan kolam asam amino utama kedua.. Glutamat dan aspartat masing-masing diperlukan untuk langkah-langkah terpisah tapi penting dalam siklus urea, yang bertanggung jawab untuk detoxication amonia dan ekskresi nitrogen.. Gerakan bebas dari nitrogen antara glutamat dan aspartat kolam merupakan proses balancing penting yang penting untuk metabolisme sel normal. Reaksi ini dekat dengan keseimbangan baik di sitosol dan mitokondria kompartemen.Ini merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari asparate untuk "transportasi" NADH melintasi membran mitokondria bagian dalam.
G
lutamat: piruvat transaminase [
GPT]
Enzim ini sangat aktif juga dikenal sebagai alanine aminotransferase dan ada dalam varian mitokondria dan sitosol. The detailed iso-enzyme pattern is tissue-specific. Pola iso-enzim rinci jaringan-spesifik. Enzim ini lolos dalam jumlah besar dari jaringan mati atau sekarat dan GPT
dapat diukur dalam contoh darah untuk tujuan diagnostik.
Alanine adalah asam amino utama yang dilepaskan dari jaringan otot selama kelaparan. Ini adalah substrat penting untuk glukoneogenesis hepatik, dan transaminasi alanin diperlukan untuk pemeliharaan konsentrasi glukosa darah puasa.
vitamin cofactor contoh enzim piridoksin (vit b6) pyridoxal fosfat transaminase
niasin (nicotinamide) NAD+/ NADP+ NAD+/ NADP+ malat dehidrogenase
riboflavin (vit b2) FAD suksinat dehidrogenase
thiamine (vit b1) TPP piruvat dehidrogenase
pantotenat Koenzim A metabolisme asam lemak
G
lutamat dehidrogenase [
G
luDH]
Enzim ini adalah langkah yang dilakukan pertama pada jalur umum final untuk ekskresi nitrogen mamalia, yang akhirnya untuk urea. Beberapa asam amino memiliki jalur deaminasi spesifik, namun sekitar 75% dari nitrogen protein dicerna mengikuti rute glutamat.
Glutamat dehidrogenase pada mamalia hampir seluruhnya terbatas pada ruang hati matriks mitokondria, di mana ia menyumbang proporsi yang signifikan dari total protein. Berbeda dengan reaksi transaminasi yang hanya barter kelompok amino dari satu senyawa ke yang lain, GluDH mengkatalisis kerugian bersih nitrogen dari asam amino. Ini adalah dehidrogenase hanya umum yang tidak spesifik untuk NAD atau NADP, dan ini mungkin penting untuk regulasi secara keseluruhan.
NADH / NAD dan NADPH / NADP memiliki standar yang sama redoks potensi-420mV ketika bentuk dioksidasi dan dikurangi hadir dalam konsentrasi yang s ama. Dalam prakteknya koenzim ini memiliki potensi yang berbeda redoks efektif dan melaksanakan fungsi-fungsi khusus dalam sel. The NADPH / pool NADP beroperasi hampir seluruhnya dalam bentuk pengurangan, tetapi NADH / NAD lebih dari 30% berkurang. Dalam NADPH umum digunakan untuk menggerakkan reaksi biosintesis reduktif, sedangkan NAD adalah koenzim untuk menghasilkan jalur energi oksidatif.
Spesifisitas koenzim ganda merupakan sumber potensial kesulitan untuk sel, karena dalam teori ini enzim mudah reversibel bisa mengkatalis siklus sia-sia, melanjutkan pertama di arah oksidatif dengan NAD, diikuti dengan langkah reduktif menggunakan NADPH. Efeknya adalah untuk "hubungan pendek" dua kolam koenzim, yang biasanya memerlukan investasi yang cukup besar di substrat dan peralatan selular agar mereka tetap terpisah. Jika ini terjadi siklus sia-sia ke taraf yang tidak berarti maka harus keuntungan bagi sel, karena telah bertahan tidak berubah selama 2000000000 tahun pembangunan ev olusi.
Penjelasan yang paling mungkin saat ini adalah bahwa siklus ini terjadi sia-sia, tetapi karena berbagai alasan tidak menempatkan beban yang berlebihan pada pemiliknya. Km dari GluDH untuk amonia cukup tinggi, dan konsentrasi amonia bebas dijaga sangat rendah oleh enzim berikutnya di jalur, sintetase fosfat carbamyl. Hal ini pada gilirannya akan mengurangi kecepatan reaksi sintetik, dan memungkinkan enzim untuk mengkatalisis oksidasi glutamat bersih pada tingkat dikendalikan lambat yang memberikan kesempatan maksimum untuk gangguan regulasi.
Peraturan ini jelas penting pada titik ini, karena GluDH dan carbamyl sintetase fosfat pengendalian bersama tingkat keseluruhan ekskresi nitrogen dan menentukan apakah individu tertentu akan berada dalam keseimbangan nitrogen positif, netral atau negatif. Pengendalian nitrogen kerugian yang tidak diinginkan masih merupakan masalah yang belum terpecahkan penting setelah pembedahan besar, luka bakar atau cedera traumatis yang serius.
Enzim dimodulasi oleh adenin dan guanin nukleotida, meskipun sulit untuk memahami banyak efek yang diamati. GluDH memiliki semua keunggulan dari sebuah enzim alosterik besar multimeric, meskipun hakikat peraturan tersebut masih diidentifikasi. Situasi ini dalam beberapa hal mirip dengan NAD dan NADP dihubungkan paralel jalur oksidasi untuk malat dan isocitrate, meskipun reaksi bersaing untuk substrat ini diatur secara terpisah dan dikatalisis oleh protein yang berbeda.
Trans-deaminasi
Kebanyakan transaminase berbagi substrat umum dan produk (glutamat dan oxoglutarate) dengan glutamat dehidrogenase, dan ini memungkinkan jalur ekskresi nitrogen asam amino gabungan individu yang umumnya digambarkan sebagai "deaminasi t rans-".
Proses ini menggarisbawahi peran sentral glutamat dalam pengendalian keseluruhan metabolisme nitrogen.
S
iklus urea:
Ion Amonium berada dalam keseimbangan dengan sekitar 1% amonia bebas pada pH fisiologis. Garam Amonium adalah senyawa beracun, menyebabkan muntah, kejang dan akhirnya koma dan kematian jika konsentrasi darah melebihi sekitar 0.25mm. Hal ini tidak sepenuhnya jelas mengapa ini harus begitu: mungkin bahwa ion amonium meniru ion kalium, tetapi gas amonia bermuatan dapat memperoleh akses ke daerah-daerah dari mana ion harus dikeluarkan. Atau, mereka mungkin mendukung sintesis jumlah berlebihan glutamat dan glutamin yang memiliki efek rangsang pada jaringan saraf.
Siklus urea berlangsung sebagian di sitosol dan sebagian di dalam mitokondria, dan reaksi individu adalah sebagai berikut.
carbamyl fosfat sintetase 1 [CPS1]
Enzim hati ini mitokondria mengubah amonia yang dihasilkan oleh glutamat dehidrogenase menjadi fosfat carbamyl (= karbamoilfosfat) yang merupakan senyawa energi stabil tinggi. Ini adalah anhidrida asam campuran asam carbamic dan asam fosfat, dan membutuhkan dua molekul ATP untuk mendorong sintesis.
CPS1 sangat diaktifkan oleh glutamat N-asetil, yang mengontrol tingkat keseluruhan produksi urea. Metode rumit regulasi belum sepenuhnya dipahami: N-asetil glutamat merupakan lanjutan dari sintesis bakteri ornithine, namun fitur ini telah hilang dari mamalia dan hanya sistem peraturan telah bertahan. Ada siklus sia-sia dikatalisis oleh enzim sintetase N-acetylglutamate dan hidrolase N-N-acetylglutamate. Hal ini jelas penting untuk kontrol metabolisme nitrogen, tapi kami belum mengerti cara kerjanya.
CPS1 kekurangan hasil di hiperamonemia. Kasus-kasus neonatal biasanya mematikan, tetapi ada juga yang, kurang parah tertunda-onset form. Amonia-tergantung CPS1 hadir hanya dalam ruang hati matriks mitokondria. Ini harus dibedakan dari kedua glutamin si tosol tergantung
carbamyl fosfat sintetase a-[CPS2] yang ditemukan di semua jaringan dan terlibat dalam biosintesis pirimidin. Sintesis Carbamyl fosfat merupakan beban utama bagi mitokondria hati. Enzim ini menyumbang sekitar 20% dari total protein dalam ruang matriks. Glutamat dehidrogenase juga hadir dalam jumlah sangat besar.
ornithine transcarbamylase [OTCase]
Reaksi berikutnya juga berlangsung di ruang hati matriks mitokondria, di mana ornithine diubah menjadi citrulline.
Enzim ini tidak memiliki signifikansi peraturan. Namun, gen OTCase adalah pada kromosom X dan diwariskan kekurangan diamati pada laki-laki, dengan insiden sekitar 1 dalam 80.000 orang. Ini adalah yang paling umum dari cacat warisan siklus urea. Pasien menunjukkan semua gejala
hiperamonemia, dan selain dapat mengeluarkan jumlah abnormal orotate, sejak lolos fosfat yang tidak terpakai carbamyl ke sitosol dan memasuki jalur biosintesis pirimidin.
ornithine dan porter citrulline
Sisa dari siklus urea terjadi di sitosol. Hal ini memerlukan ekspor terus citrulline dan pengambilan ornithine melewati membran mitokondria bagian dalam. Proses ini dikatalisis oleh asam amino spesifik porter, yang hadir hanya dalam mitokondria hati.
Glutamat dan glutamat: porter aspartate
Urea produksi membutuhkan serapan glutamat terus menerus mitokondria, untuk mengisi substrat untuk reaksi glutamat dehidrogenase. Proses ini dikatalisis oleh glutamat electroneutral spesifik / antiporter hidroksil, yang sebagian besar terbatas pada mitokondria hati. Selain itu, tergantung pada diet, mitokondria juga mungkin harus mengekspor aspartate dalam pertukaran untuk glutamat dalam rangka untuk menyeimbangkan pasokan nitrogen dengan segmen mitokondria dan sitosol dari siklus urea. Proses listrik didorong oleh potensi membran mitokondria dan dibahas lebih lengkap dalam sehubungan dengan malat - siklus aspartat.
arginino-suksinat sintetase
Setelah di sitosol, mengembun citrulline dengan aspartate dan reaksi yang didorong oleh ATP. Dengan cara ini aspartate kontribusi atom nitrogen kedua untuk urea, yang pertama yang datang dari glutamat.
Produksi arginino-suksinat merupakan proses penuh semangat mahal, karena ATP dibagi untuk AMP dan pirofosfat. Pirofosfat tersebut kemudian dibelah untuk pyrophosphatase fosfat anorganik menggunakan, sehingga biaya keseluruhan reaksi dua setara fosfat energi tinggi per mol.
Eliminasi fumarat dari arginino-suksinat menghasilkan arginin.
Urutan reaksi ini sangat mirip dengan konversi IMP untuk AMP dalam jalur biosintesis purin. Dalam setiap kasus fumarat dibentuk sebagai produk sampingan. Fumarat tidak diangkut oleh mitokondria, sehingga hal ini membutuhkan adanyafumarase sitosol untuk membentuk malat. fumarat + H2 O = malat
Reaksi reversibel mudah, dan keseimbangan sedikit nikmat malat. Sitosol dan isoenzim fumarase mitokondria sangat mirip dan berasal dari gen yang sama melalui alternatif reaksi splicing mRNA.
Pembelahan dari arginin oleharginase untuk memproduksi urea melahirkan kembali ornithine, yang kemudian tersedia untuk satu putaran siklus.
Siklus urea enzim muncul sekitar waktu kelahiran, dan setelah itu mencerminkan tingkat katabolisme asam amino, baik dari sumber makanan atau dari kerusakan jaringan. Rangsangan inducing utama adalah glukagon dan glukokortikoid, dan represor utama adalah insulin. Peroksisom proliferator mengaktifkan reseptor alfa (PPAR dan pengikatan protein enhancer CCAAT (C / EBP) tampaknya memainkan peran utama. Urea siklus regulasi dan kontrol kadar amonia darah terganggu pada C / mencit KO EBP.
Selain fungsi metabolisme dalam siklus urea, arginin juga merupakan prekursor langsung untuk oksida nitrat [NO], sebuah molekul sinyal penting yang terlibat dalam peraturan daerah aliran darah. Oksida nitrat (di antara berbagai peran penting lainnya dalam tubuh) merupakan sinyal kimia pokok mediasi relaksasi otot polos di penis arteriol, menyebabkan penis ereksi. Dalam arti yang sangat nyata, tidak satupun dari kita akan berada di sini tanpa itu . oksida nitrat sintase menggunakan oksigen dan NADPH, dan produk lainnya citrulline dan NADP.
Citrulline ini dikonversi untuk arginin menggunakan dua dari e nzim siklus urea, walaupun siklus urea penuh tidak mengambil tempat di luar hati.
G
lutamin metabolisme:
Mengingat toksisitas amonia bebas dan garam amonium, sel-sel memerlukan sumber non-toksik nitrogen untuk digunakan dalam transportasi nitrogen dan reaksi biosintesis. Kebutuhan ini dipenuhi oleh glutamin, yang merupakan asam yang paling umum amino bebas dalam plasma darah manusia. Glutamin ini mudah disintesis dari ion glutamat dan amonium oleh sintetase enzim glutamin. Enzim ini hadir dalam hati dan dalam banyak jaringan tubuh lainnya. Memiliki Km rendah untuk amonium, dan bekerja secara efisien pada konsentrasi amonium tidak beracun. Energi yang diperlukan berasal dari ATP:
Glutamin memasok sebagian besar nitrogen yang diperlukan untuk biosintesis purin dan pirimidin, dan untuk pembuatan gula amino. Bila diperlukan, bisa diturunkan kembali ke glutamat oleh glutaminase enzim:
glutamin + H2O = glutamat + NH4 +
Glutaminase diaktifkan oleh fosfat anorganik. Jelas bahwa glutamin sintetase dan glutaminase merupakan siklus sia-sia potensial, dan pengaturan harus hati-hati diatur untuk menghindari pemborosan hidrolisis ATP,. K edua enzim bi asanya had ir ber beda dalam sel dan ini tampaknya
sangat penting dalam hati dan dalam sistem saraf pusat. Dalam hati, siklus urea enzim, glutamat: piruvat transaminase dan glutaminase terkonsentrasi dalam sel periportal, sedangkan sintetase glutamin terkonsentrasi pada sel perivenous dekat vena hepatik. Selain menggunakan berbagai biosintesis untuk glutamin, tubulus ginjal dapat menggunakan amoniak yang berasal dari glutamin untuk mengontrol pH kemih, dan menghindari kerugian kation besar dalam kondisi asidosis. Pada jaringan saraf, pembentukan glutamin diperkirakan untuk mengakhiri aksi glutamat, sebuah neurotransmitter rangsang. Glutamin merupakan bahan bakar sangat penting untuk sel lapisan usus, dan telah digunakan secara eksperimental dalam pengobatan penyakit gastrointestinal. Sejumlah besar glutamin dan alanin yang dilepaskan dari sel-sel otot selama kelaparan, dan ini adalah substrat penting bagi glukoneogenesis hepar dalam kondisi puasa.
