Amino Asit ve Protein Metabolizması
advertisement
Amino Asit ve Protein Metabolizması Dr. Serkan SAYINER serkan.sayiner@neu.edu.tr Esansiyel Amino Asitler Yetişkin ve gençler İzolösin Lösin Lizin Metiyonin Fenilalanin Taurin (Kediler) Treonin Triptofan Valin Ayrıca gençler için Arjinin Glisin (Tavuklar) Histidine Esansiyel Amino Asitler BCAA (Branched chain amino acids) • Löysin, İzolöysin ve Valine: Kas dokuda rutin olarak okside olurlar. Fenilalanin: Hepatik tirozin sentezi için gereklidir. Metiyonin: Sistein sentezi için gereklidir. Triptofan: Serotonin ve melatonin sentezi için gereklidir. Proteinlerin Sindirimi Peptid bağlarının hidrolitik yoldan parçalanmasına ve amino asitlere kadar ayrılması olayına protein sindirimi denir. Proteinlerin emilebilmeleri için amino asitlere kadar parçalanmaları gerekmektedir. Proteinlerin Sindirimi Hayvanlarda sindirilen proteinler başlıca 3 kaynakdan gelmektedir. 1. Doku proteinleri 2. Eksojen gıdalarla alınan protein ve 3. Endojen proteinler; gastrointetinal kanaldan sıyrılan hücreler veya eksokrin sekretlerde bulunan proteinler. Günlük olarak normal bir memeli, vücut proteinlerinin % 1-2’ sini parçalamak süretiyle kullanılır. Bu parçalama başlıca karaciğer de olmaktadır. Proteinlerin Sindirimi Doku protein devri (turnover), farklı dokularda farklı oranlarda cereyan eder. • İmmunoglobulinler, kolajen yarı ömrü uzundur. Yıllar ile ölçülür. • Karaciğer proteinleri, plazma proteinleri ve enzimlerin yarı ömrü kısadır. Günler ve saatler ile ölçülür. • Genel olarak iç organlar, kas ve bağ dokuya göre daha hızlı oranda proteinleri devir eder. • Fizyolojil açlık veya kaşeksi sırasında kas proteinleri normalden çok daha hızlı parçalanır. Proteinlerin Sindirimi Doku protein degradasyonu dikkatli, hassas ve düzenlenebilir bir süreçtir. Degredasyonun en önemli bileşeni 74-amino asitten oluşan bir polipeptit ve Ubiquitin olarak isimlendirilir. • Bu polipeptit, yüksek ölçüde korunmuştur ve bakterilerden primatlara kadar bir çok canlıda bulunur. • Anormal proteinler tanımlandığı zaman hayvanlar oldukça kompleks mekanizmaları devreye alarak degradasyonu gerçekleştirir. Bu durumda normal proteinlere göre oldukça hızlı parçalanma gerçekleşir. o Bazı hastalık durumlarında bu mekanizma çalışmamaktadır. Proteinlerin Sindirimi Dokularda protein degradasyonu neticesinde üretilen amino asitlerin % 75’ i yeni doku proteinlerinin sentezinde kullanılır. • Geri kalanlar hepatik glikoneojeneze girer veya diğer maddelerin sentezi için kullanılır. • Dokulardan uzaklaştırılan amino asitler, gıdalarla veya endojen üretim ile ikame edilir. Proteinlerin yapısında yer alan amino asitler, vücutta fonksiyonel kapasite için depolanır. • Proteinlerin, anatomik ve/veya fizyolojik görevlere katıldığı kabul edilir. Midede Protein Sindirimi Protein sindirimi midede başlar ve pepsin tarafından gerçekleştirilir. • % 15 düzeyindedir. Geri kalanı barsakda sindirilir. • Proteinler polipeptidlere parçalanırlar. • Pepsin mide mukozasında, inaktif şekli olan pepsinojen biçiminde bulunur. Mide boşluğuna salgılandıktan sonra HCl’ in otokatalitik etkisiyle aktif pepsin haline dönüşür. o Pepsinojen I: Oksintik glandular bölgeden. o Pepsinojen II: Pylorik bölgeden. • Salgılanması «sekretin» tarafından uyarılır. Midede Protein Sindirimi Pepsin, endopeptidaz etkisine sahiptir ve protein içerisinde yer alan ve özellikle aromatik amino asitlerden sonra gelen peptit bağlarını öncelikle koparır ve peptid zincirleri oluşur. • Pepsin yanısıra buzağı, kuzu ve çocukların midelerinde rennin ve ayrıca yeni doğmuş çocukların midelerinde gastriksin adı verilen iki ayrı proteolitik enzim de bulunur. • Midede bu protezlar aracılığı ile gerçekleştirilen sindirimden sonra peptit karışımı mide içeriği ile birlikte barsaklara gönderilir. Barsaklarda Protein Sindirimi Pankreas salgısı ile barsaklara ulaştırılan proteinazlar aracılığı ile proteinlerin sindirimi (oligopeptidler) sürdürülür. • Bunların salınımı «kolesistokinin» tarafından uyarılır. Bunlardan en önemlileri tripsin, kimotripsin, karboksipeptidaz A - B ve elastazdır. Pankreasda üretilen proteazlar da proenzimler halinde sentezlenerek sekret granulalarında depolanırlar. • Enterokinazlar aracılığı ile aktifleşirler. Barsaklarda Protein Sindirimi Tripsin ve kimotripsin, endopeptidazlardır ve peptit zincirinin iç kısımlarında yer alan peptid bağlarını hidrolitik yoldan koparırlar. • Zn içeren enzimlerdir. Tripsin bazik amino asitlerden sonra gelen peptit bağlarını koparırken, kimotripsin daha çok geniş bir etki spektrumu gösterir (daha çok aromatik amino asitlerden sonra gelen peptit bağlarını koparır). Barsaklarda Protein Sindirimi Bu iki enzimin etkisiyle mide içeriği ile barsaklara geçen 600-3000 molekül ağırlığına sahip peptit zincirleri daha küçük peptit zincirlerine parçalanırlar. Oluşan bu küçük peptit zincirleri de bir yandan pankreas sıvısı ile gelen karboksipeptidaz A ve B, diğer yandan barsak mukoza hücrelerince salınan aminopeptidazlar aracılığı ile di-, tri- peptit ve serbest amino asit karışımlarına kadar parçalanırlar. Barsaklarda Protein Sindirimi Karboksipeptidazlar ekzopeptidazlardır ve peptit zincirinin karboksil ucundan başlayarak amino asitleri birer birer koparırlar. • Karboksipeptidaz A, kimotripsin etkisiyle oluşan ve karboksil uçlarında daha çok aromatik amino asitleri taşıyan peptit zincirlerinin karboksil ucundan etkirken, • Karboksipeptidaz B, tripsin etkisiyle oluşan ve C terminallerinde bazik amino asitleri taşıyan peptit zincirlerine etkir. Barsaklarda Protein Sindirimi Bu oluşan zincirlerin amino uçlarından başlayarak amino asitleri birer birer koparan ve bağırsak mukoza hücrelerinden salınan endopeptidazlara da amino peptidazlar adı verilir ve bu sindirim sonucu bağırsaklarda serbest amino asitler, di-, tri-, ve tetrapeptidlerden oluşan bir karışım oluşur. Emilim Peptidler; • Mukoza hücrelerinde bulunan peptidazlar aracılığı ile peptit bağları koparılır, oluşturulan serbest amino asitler portal kana verilir. Amino asitler; • Amino asit transportu için mukoza hücrelerinde enerjiye bağımlı konsantrasyonun yüksek olduğu yöne taşıma gerçekleştiren bir aktif transport sistemi vardır. • Amino asitlerin mukoza hücrelerine transportunun Na iyonlarının varlığına bağlı olduğu ve monosakkarid transportuna benzediği ileri sürülmektedir. Kaynak: Engelking, 2014 Kaynak: Engelking, 2014 •Sekretin ve gastik mukozada yer alan asit uyarıcı proton reseptörleri pepsinojenin salınım uyarıcılarıdır. •Gastrik lumene sekrete edildiklerinde, pepsinojen HCl etkisi ile Pepsin’ e dönüşerek aktive olur. Kaynak: Engelking, 2014 Proteaz Aktivasyonu Kaynak: Engelking, 2014 Protein Sindirimi ve Emilim; İntestinal Mekanizmalar • Bazı neonatlar, bozunmamış proteinleri kısa süreliğine (yaklaşık 24-36 saat) emebilsede, çoğu neonat protein sindirimini takiben amino asitleri ve küçük peptidleri emebilmektedir. Amino Asitlerin Fonksiyonları 1. Protein biyosentezinde 20 amino asit yapı taşı olarak görev alır. 2. Amino asitler azot içeren diğer bileşiklerin sentezinde amino grubu ya da azot vericisi olarak görev yaparlar. 3. Glikoz hemostazında önemli rol oynarlar. Amino Asit Katabolizması İntestinal sindirimi takiben, serbest amino asitler portal dolaşım yolu ile karaciğer taşınır ve karaciğer amino asit katabolizmasında esas rolü üstlenir. • Sistemik dolaşıma verilecek amino asit miktarını ve tipini belirler. Dolayısı ile diğer dokuların amino asit ihtiyacını karşılar. • Karaciğer kendisi genellikle aromatik amino asitleri (Fenilalanin, Triptofan, Tirozin) metabolize etmeyi tercih eder. • BCAA amino asitleri kullanmadan sistemik dolaşıma verir. o Beslendikten sonra karaciğerden dolaşıma verilen amino asit miktarı açlık durumundan 2-3 kat fazladır ve yarısından çoğu BCAA’ lardır. Kaynak: Engelking, 2014 • Barsaklarda amino asit emilimini takiben, aromatik amino asitlerin çoğu karaciğer tarafından alınırken, BCAA’ lar sistemik dolaşıma geçer. • Amino asitler karaciğer tarafından hem enerji hem de biyosentez amaçlı kullanılır ve amino grupları deamine edildiği zaman üre veya glutamine açığa çıkar. Karaciğer Protein yapısında gıdalarla alındıktan sonra, hidrolizle oluşan amino asitler aktif transportla vena porta’ya ulaşırlar ve bu nedenle proteinden zengin öğünden sonra portal dolaşım kanındaki amino asit içeriği yükselir. • Bu yükselmenin sistemik dolaşımda görülmemesi, emilen amino asitlerin büyük bir kısmının karaciğer tarafından alındığına işaret eder. Glutamin (Gln), Asparajin (Asn) ve BCAA’lar dışında diğer bir çok amino asidin katabolizması karaciğerde başlar. Karaciğer Alınan amino asitler; • Karaciğerde başka amino asitlerin ya da proteinlerin sentezinde veya • Yapılarından amonyak koparılarak keto asitlere dönüştürülürler. Keto asitlerse ya yağ asitlerine veya glikoza dönüştürülürler ya da CO2 ve suya kadar yıkımlanırlar. Glikojenik ve Ketojenik Amino Asitler • Ketojenik amino asitler Asetil-KoA veya AsetoasetilKoA üzerinden hepatik mitokondrial metabolik sürece katılırlar. • Glikojenik amino asitler, glikoneojenetik geçide pirüvat, OAA, fumarat, propionil-KoA veya α-KG= üzerinden katılır. Kaynak: Engelking, 2014 Karaciğer Amino asitlerin amino gruplarından oluşan serbest amonyağın bir kısmı azot içeren bileşiklerin yapı taşı olarak kullanılabilir, kalan kısmıysa karaciğerde üreye dönüştürülür, kan yoluyla böbreklere taşınır ve idrarla atılır. Protein yıkılımı sonucu oluşan serbest amino asitlerin yaklaşık yarısı tekrar protein sentezinde kullanılır. Karaciğer’ de Fenilalanin Metabolizması Tokluk durumunda karaciğer alınan fenilalaninin 4’te 3’ü Tirozin’ e çevrilir. Diğer kısmı ise başka proteinlerin yapısına katılır. • Açlık durumunda asetoasetat ve fumarata katabolize olabilir. Fenilalaninin, Tirozine dönüşümünü fenilalanin hidroksilaz enzimi katalizler. Bu enzimin noksanlığında fenilketonüri görülür. Plazma BCAA:Aromatik AA Oranı BCAA’ lar primer olarak kas dokuda metabolize olurlar. Kas doku BCAA transaminaz enzimlerinden zengindir. Bu enzim karaciğerde çok az sentezlenir. Normal sağlıklı hayvanlarda plazma BCAA:Aromatik AA oranı 3:1’ dir. Karaciğer fonksiyon bozukluğu durumunda bu oran 1,5:1 olabilmektedir. Barsak Barsak hücreleri glutamin (Gln) ve asparajin (Asn)’ i major enerji kaynağı olarak kullanır. Bu kullanım neticesinde sitrullin, amonyum iyonu, CO2 ve alanin (Ala) gibi yan ürünler ortaya çıkar. Yan ürünlerde portal dolaşım yoluyla karaciğere transfer edilir. İskelet Kası Açlık durumunda BCAA’ lar enerji temini amacıyla iskelet kasında katabolize edilirler. • Çoğunlukla amino grupları pirüvata (Ala oluşur) ve/veya glutamata (Glu) (Gln oluşur) transfer edilir. • Açlık durumunda iskelet kasında amino asit salınımının % 50’ den fazlası Ala ve Gln üzerinden gerçekleşir. • Alanin karaciğerde, Glutamin ise proksimal renal tubuler epitel hücrelerde glikoneojenetik substrat olarak kullanılır. • Açlık durumunda küçük miktarlarda salınan Valin ise beyin tarafından okside edilebilir. Beyin Valin beyin dokusunda okside olurken amino grubu glutamata (Glu) aktarılır ve glutamin (Gln) oluşur. Böylece beyin kendisini amonyuma karşı korumuş olur. Beyin dokusunun amonyağa karşı kendisini koruması için Glutamin oluşumu muhafaza edilmelidir. Ki bu sadece açlık için değil, hiperammonemi gelişen diğer fizyolojik ve patolojik durumlar içinde geçerlidir. Böbrek Böbrek, karaciğer gibi glikoneojenetik ve amonyajenik bir organdır. Böbrekde üretilen ve idrarla atılan çoğu amonyum iyonu Gln’ den orijin alır. • Gln kandan alınır veya glomerular filtrat üzerinden proksimal tubuler epitel hücrelerince alınır. Gln’ yi kana karaciğer, iskelet kası ve beyin salmaktadır. Gln üzerinden renal amonyum salınımı iki basamakda şekillenir ve mitokondrial glutaminaz ile glutamat dehidrojenaz (GLDH) enzimleri görev alır. İntramoleküler Amino Asit Metabolizması Amino asitlerin metabolik son ürünlerinden glikoz sentezlenebilmesi ve TCA siklusunun ara ürünlerinden de tekrar amino asitlerin sentezlenebilmesi için amino asitlerin ve TCA metabolitlerinin bazı ortak niteliklere sahip olmaları gereklidir. Bu ortak niteliklerin en önemlisi; • α-karbon atomunda bir COOH grubu ile reaksiyon verme niteliğinde α-NH2 grubu gibi bir grubun bulunmasıdır. • Bu niteliklere sahip en uygun TCA ara metabolitleri de piruvik asit, okzalasetik asit ve α-ketoglutarik asit’ ler oluştururlar. İntramoleküler Amino Asit Metabolizması Bu keto asitlerin keton grupları yerine amino grubu substitüsyonu ile; • Pirüvik asitten alanin, • Okzalasetik asitten aspartik asit ve • α-ketoglutarik asitten glutamik asitler sentezlenebilirken, reaksiyonların geri dönüşümleri ile tekrar uygun α-keto asitleri de sentezlenebilmektedir. İntramoleküler Amino Asit Metabolizması Hücreler transaminasyonla uygun aminoasitlerine dönüştürülebilecek keto asitleri sentezleme yeteneğindedirler. Transaminasyon serbest geri dönüşümlü bir reaksiyon olduğundan, amino asit yıkılımı sırasında da keto asitleri oluşturulur. İntramoleküler Amino Asit Metabolizması Oluşan bu keto asitler de dehidrojenizasyonlu dekarboksilasyonlu 1 C atomu eksik alifatik yağ asitlerinin KoA-tioesterlerine dönüştürülebilirler. Örn; pirüvik asitten aktive edilmiş asetik asit (Asetil CoA), α-ketoglutarik asitten aktive edilmiş süksinik asit (süksinil KoA) oluşturulabilir. Aspartat α-ketoglutarat Okzalasetat Glutamat Transaminasyon Reaksiyonları Transaminasyon, bir amino asidin amino grubunun bir keto aside taşınması olayıdır ve geri dönüşümlüdür. Transaminasyon reaksiyonlarının çoğunda reaksiyona giren substrat çiftlerinden biri α-ketoglutarattır. α-ketoglutaratın katıldığı transaminasyon reaksiyonu sonucunda amino asitteki amino grubu uzaklaştırılmaktadır. Transaminasyon Reaksiyonları Koenzimin amino formu da bir keto asit ile uygun şiff bazını oluşturabilir ve amino gubunu bir başka keto asite vererek yeni bir amino asitin oluşumunu sağlar Transaminasyon olarak tanımlanan bu reaksiyonda bir amino ve bir keto asitten, yeni bir amino ve keto asit sentezlenir. Transaminasyon Reaksiyonları Piridoksal fosfat, transaminazların aktif merkezinde amino grubunu taşıyan bir intermediyer olarak fonksiyon yapmaktadır. Enzim reaksiyonu katalizlerken geriye dönüşlü olarak aldehit formu olan piridoksal fosfat halinde bir amino grubu alarak piridoksamin fosfata dönüşmekte, daha sonra ise bu amino grubunu α-ketoglutarata veya bir başka α-keto asite vermektedir. Bu reaksiyonda prostetik grup geriye dönüşlü olarak bir α-amino asitten amino grubunu α–ketoglutarik asite taşımaktadır. Transaminasyon Reaksiyonları Aspartat α-ketoglutarat Okzalasetat Glutamat α-amino grubu bir keto asit olan α-ketoglutaratın αkarbonuna transfer edilerek glutamik asit meydana gelir.Geriye α-amino grubu alınan amino asitin α-keto asit analoğu kalmaktadır. Örn: Aspartik asit α- amino grubunu kaybedecek olursa geriye Oksaloasetik asit kalır. Transaminasyon Reaksiyonları Transaminasyon reaksiyonları, prostetik grubu piridoksal fosfat (PLP) olan transaminazlar (aminotransferazlar) tarafından katalizlenirler. Transaminasyon Reaksiyonları Transaminazlar, hücrenin sitozol ve mitokondri fraksiyonlarında yer alırlar, karaciğer ve kas başta olmak üzere bütün dokularda yaygın olarak bulunurlar. Alanin-pirüvat çiftine spesifik alanin aminotransferaz (ALT,GPT) ve aspartat-oksaloasetat çiftine spesifik aspartat aminotransferaz (AST, GOT) önemli transaminazlardır; başlıca karaciğer, kas, beyin, böbrek ve testis dokusunda bulunurlar. Kaynak: Engelking, 2014 Deaminasyon Deaminasyon, bir amino asidin amino grubunun amonyak halinde ayrılması sonucunda α-ketoaside dönüşmesi olayıdır. Deaminasyon olayları, oksidatif ve oksidatif olmayan olarak iki gruba ayrılır; başlıca karaciğer ve böbrekte bulunan çeşitli enzim ve koenzimlerin etkisiyle gerçekleşir. Deaminasyon Oksidatif deaminasyon, L-amino asit oksidazlar ve Damino asit oksidazlar tarafından katalizlenir. L-amino asit oksidazlar, koenzim olarak FMN kullanır; glisin ile dikarboksilli ve hidroksilli amino asitlere etkili değillerdir. O2 bulunan koşullarda bir molekül H2O katılmasıyla oksidatif deaminasyon gerçekleşir. Ara ürün olarak H2O2 oluşması önemlidir. Deaminasyon D-amino asit oksidazlar, koenzim olarak FAD kullanır; D-asparajin ile D-glutamin dışındaki D-amino asitlere ve özellikle glisin üzerine etkilidirler. Glutamatın oksidatif deaminasyonu, karaciğer hücreleri ve bütün doku hücrelerinde mitokondriyal bir enzim olan ve koenzim olarak NAD+ veya NADP+ gerektiren glutamat dehidrojenaz (GLDH) tarafından katalizlenir Deaminasyon Amino asitlerin oksidatif olmayan deaminasyonu, çeşitli enzimler tarafından gerçekleştirilir. Histidinin deaminasyonu histidin-amonyak liyaz (histidaz) ile katalizlenir ve ürokanat ve amonyum oluşur. Deaminasyon Dehidratazlar, serin ve treonin gibi hidroksilli amino asitlere etkilidirler, piridoksal fosfat kullanırlar. • Serin amino asiti bir hidrojenini α-karbonundan ve bir hidroksil grubunu ise β-karbonundan kaybetmekte ve bir amino-akrilat meydana gelmektedir. Stabil olmayan bu bileşik daha sonra bir mol H2O ile reaksiyona girerek Piruvat ve amonyum iyonu (NH4+) meydana gelmektedir. Deaminasyon Desülfidrazlar, kükürtlü amino asitlere etkilidirler, piridoksal fosfat kullanırlar; amino grubu ile birlikte kükürtü de molekülden ayırırlar. Kaynak: Engelking, 2014 Transaminasyon ve Deaminasyon Reaksiyonları • Aminotransferazlar, bir α-amino asidinin α-amino grubunu, bir αketoaside transferini geri dönüşümlü olacak şekilde katalizleyen enzimlerdir. • AST, Asp’ nin amino grubunu α-KG=’ ye aktarır ve böylece Glu ile OAA oluşur. ALT ise Ala’ nın amino grubunu α-KG=’ ye aktarır ve Glu ile pirüvat oluşur. • Glu’ nun GLDH tarafından katalizlenen hepatik oksidatif deaminasyonu ile αKG= ve NH4+ oluşur. Diğer dokularda bu reaksiyon Glu oluşumu lehindedir. Böylece amonyal toksistesi engellenir. Dekarboksilasyon Dekarboksilasyon, amino asidin yapısındaki karboksil grubunun CO2 halinde ayrılması olayıdır. Amino asitlerin dekarboksilasyonu, koenzimi piridoksal fosfat (PLP) olan amino asit dekarboksilazlar tarafından katalizlenir ve sonuçta hücrelerde önemli etkileri olan biyojen aminler oluşur. Dekarboksilasyon Amino asit Biyolojik Amini Önemi Aspartik asit β-Alanin Koenzim A yapısında bulunur. Glutamik asit GABA MSS’ de mediatör maddedir. Ornitin Putreskin Poliaminlerin ön maddesi. Lizin Kadaverin Barsakta mikroorganizmaların ürünüdür. Arjinin Agmatin Barsakta mikroorganizmaların ürünüdür. Sistein Sisteamin Koenzim A yapısında bulunur. Metiyonin S-adenozil metiyonin Poliaminlerin biyosentezinde gereklidir. Serin Etanolamin Fosfolipid biyosentezinde gereklidir. Histidin Histamin Doku hormonudur. Tirozin Tiramin Barsakta mikroorganizmaların ürünüdür. Triptofan Triptamin Barsakta mikroorganizmaların ürünüdür. S-hidroksitriptofan S-hidroksitriptamin Doku hormonudur. 3-4 hidroksi fenilalanin Dopamin MSS’ de mediatör maddedir. Dekarboksilasyon GABA (Gama aminobütirik asit), önemli bir inhibitör nörotransmitterdir. Benzodiazepinler gibi ilaçlar, GABA’ nın etkilerini arttırırlar; epilepsi tedavisi için kullanılırlar. Dekarboksilasyon Histamin, mast hücrelerinde sentezlenir ve salgılanır. • H1 reseptörler vasıtasıyla vazodilatasyon ve bronkokonstriksiyon allerjik reaksiyonlarına neden olur. • H2 reseptörler vasıtasıyla gastrik asit sekresyonunu uyarır. Dekarboksilasyon Aminlerin amino grubunun 1 ya da 2 tane olmasına göre yıkılım monoamin ya da diamin oksidazlar tarafından gerçekleştirilir. Bu enzimler sayesinde aminler iminlere dehidre edilirler ve iminlerin aldehidler ve amonyak açığa çıkar. Açığa çıkan aldehidler de karbonik asitlere dehidrojenizasyon ve bunu izleyen Beta-oksidasyonla metabolize edilmeye devam ederler. Amino Asit Metabolizması Hayvansal hücrelerde sentezlenemeyen, sadece mikroorganizmalar ve bitkiler tarafından sentezlenen amino asitlere esansiyel amino asitler denir. Esansiyel Amino Asitler Lizin Triptofan Fenilalanin Löysin İzolöysin Treonin Metiyonin Valin Histidin Arjinin Glisin Glutamik Asit İNSAN KÖPEK SIÇAN DOMUZ TAVUK Mikroorganizmalarda ve bitkilerde amino asit sentezi Hangi grup amino asitlerin ortak bir ön maddeden sentezlenebildikleri aşağıda gösterilmiştir. • Aspartik asit Ailesi: Alfa-keto asit olan okzalasetik asitin transaminasyonu ile sentezlenebilen amino asitlerdir (Lizin, metiyonin, treonin ve izolöysin) • Pirüvik Asit Ailesi: Alfa-keto asit olan pirüvik asitin transaminasyonu ile sentezlenen amino asitlerdir (Löysin ve valin) • Şikimik Asit Ailesi: Glikoliz ve pentoz fosfat yolunun ara ürünü olan 7 C’ lu bir alfa-ketoasitten oluşan amino asitlerdir (Fenilalanin, tirozin ve triptofan) Esansiyel amino asitlerin yıkılımları ve metabolik önemleri Alfa-keto asitlere transaminasyon Dehidrojenizasyon dekarboksilasyon TCA siklusu metabolitleri direkt Yağ asidi CoA tioesterleri Beta oksidasyon Bu şekilde C iskeletleri enerji (ATP) üretimi amacıyla CO2 ve H2O’ ya kadar yıkımlanırlar ya da Keton cisimlerine veya glikoza dönüştürürler . Esansiyel amino asitlerin yıkılımları ve metabolik önemleri Amino asitlerin yıkılımı sonucu oluşan C iskeletinden glikoz sentezlenebilen amino asitlere glikojenik aa, C iskeleti keton cisimleri ya da yağ asitleri sentezinde kullanılıyorsa bu tür amino asitlere ketojenik aa adı verilir. Bazı amino asitlerden geriye kalan C iskeleti ise daha küçük alt birimlere parçalanır ve hem glikojen hem de keton cisimleri sentezinde kullanılabilirler. Esansiyel amino asitlerin yıkılımları ve metabolik önemleri Amino asit Yıkılım ürünü Ketojen Glikojen Lizin 2 Asetil KoA + Metiyonin Süksinil KoA + Treonin Süksinil KoA + İzolöysin Asetil KoA ve süksinil KoA + + Valin Süksinil CKoA + + Löysin Asetil KoA ve asetoasetik asit + + Fenil alanin Fumarik asit ve asetoasetik asit + + Triptofan 2 asetil KoA ve alanin + + Esansiyel olmayan amino asitler Biyosentezleri, yıkımları ve metabolik önemleri Esansiyel olmayan tüm amino asitlerin iskeletleri okzalasetik asite dönüştürebildiklerinden bu amino asitlerin tamamı glikojenik amino asitlerdir. Biyosentezlerde bu amino asitler (aspartik asit ve glutamin) amino grubu vericisi olarak yaparlar. Esansiyel olmayan amino asitler yıkılımları sırasında alfa-keto asitlerden okzalasetik asit, alfa-keto glutarik asit ve piruvik asiti oluştururlar. Okzalasetik asit oluşturanlar Aspartik asit ve Asparajin NH3 H2O asparajinaz Asparajin Asparajin ampnyağın hidrolitik koparılmasıyla aspartik asite, aspartik asit de AST enzimi sayesindeki transaminasyonla amino grubunun alfa-ketoglutarik asit’e aktarılmasıyla okzalasetik asite dönüşürken, glutamik asit sentezlenmiş olur. Metabolik Önemi : Birçok reaksiyonda amino grubu vericisi olarak rol oynar. Reaksiyon Ürün Reaksiyon ürün. önemi Transaminasyon Okzalasetat TCA siklusu ürün. yıkılımı Amid oluşumu Asparajin Proteinojen aa Karbomil fosfatla kondenzasyon Karbomil Aspartat Primidin sent. Başlatan reaksiyon ATP ile fosforilasyonu Aspartil fosfat Met., treonin,lizin ve izolöysin’in bitki ve m.o.da sentezini başlatan reak. Dekarboksilasyon Beta-alanin Pantotenik asit yapı taşı Sitrullinlekondenzas. Arjino-süksinik asit Karbamik asitin üreye dönüşümünde amino gr.ta IMP ile kond. Adenil süksinat IMP nin AMP ye dönüş.de amino gr. Taş İskeletinden alfa-ketoglutarik asit oluşturan amino asitler Glutamik Asit ve Glutamin • Birçok biyosentezde amino grubu vericisi olarak, • Böbreklerde asit-baz dengesinin kontrolünde amonyak kaynağı, • Perifer organlardan (beyin,kaslar) böbrekler, KC ve brs.a amonyağın aşınma formunu oluşturur. Reaksiyon Ürün Metab. Ürün. önemi Tetrahidrofilik asitten bir hidroksimetil gr. alınması Serin Proteinojen aa Glutasyon Transselüler aa transp. SH gruplarının korunması Alfa-amino-beta keto adipinik asit Porfirin biyosentezi ön maddesi. Glikokolik asit Safra asidi Glikosalisilik asit KC de zehirsizleştirme Glutamik asit ve sisteinle peptit bağı oluş. Süksinil CoA ile kondenzasyon Kolik asit ile konjugasyon Salisilik asit ile konj. Sistein ve Sistin Ekstraselüler boşlukta sistein okside formu sistin halinde bulunur. Sistin’in dehidrojenizasyonu ile disülfit köprüsü parçalanır ve sistein serbest kalır ve alfa-beta eliminasyonu ile yıkımlanır. Yıkılım ürünleri piruvik asit ve sülfattır. Oluşan sülfat ya aktivasyondan sonra sülfat taşınmasında ya da zehirsizleştirme reaksiyonlarında kullanılır yada idrarla atılır. Sistein biyosentezinde C iskeleti ve amino grubu serinden köken alırken, kükürt atomu metiyoninden alınır. Amonyak Metabolizması Prokaryotik ve ökaryotik hücrelerde amonyak öncelikle amino asit sentezi olmak üzere (özellikle glutamin, aspartik asit ve lizin üzerinden), porfirinler, purinler, primidinler, keratin ve amino şekerler gibi azot içeren diğer maddelerin sentezinde kullanılır. • Memelilerde çoğunlukla amino asit yıkılımından köken almakla birlikte, purin ve pirimidinlerin metabolizmalarında da oluşabilen serbest amonyak, vücuttaki biyosentez olaylarında tekrar kullanılabilir. • Kullanılmayan kısmı ise insanlarda %90-95 üreye çevrilerek, küçük bir kısmı ise (%5-10) serbest amonyak halinde idrarla atılır. Amonyağın toksisitesi Amonyak esansiyel bir madde olmasına karşın insan ve hayvanlarda çok düşük düzeylerdeki serbest amonyak bile ağır serebral bozukluklara yol açmaktadır. Toksisite bulguları arasında, • • • • Ellerde titremeler, Konuşmanın zayıflaması, Görme bozuklukları bulunur. Ağır durumlarda koma ve ölümle sonuçlanır. Kanın Amonyak İçeriği Yüksek bir amonyak içeriğine sahip portal kan hariç, kandaki amonyak içeriği çok düşüktür. Kandaki yüksek amonyak konsantrasyonu gıdalarla alınan amino asitlerden ve mide-barsak kanalı sekretleriyle barsaklara ulaşan ürenin mikroorganizmalar tarafından parçalanmasından köken alır. Kanın Amonyak İçeriği Üre, üreaz tarafından amonyak ve CO2’e parçalandığından dolayı gaitada üre bulunmaz. Üreaz içeren bakteriler midede, barsaklarda ve özellikle kolonda bulunurlar ve vücutta üretilen toplam üre miktarının % 20’ lik kısmını parçalarlar. Kanın Amonyak İçeriği Emilen amonyak karaciğer tarafından süratle portal kandan alınır. Karaciğer venalarında ve tüm kanda amonyak çok azdır. Bu nedenle karaciğer, özellikle çok hassas olan beyin olmak üzere organizmayı amonyak zehirlenmesinden korur. Sistemik dolaşımda amonyağın büyük kısmı beyin, kas ve böbreklerdeki amino asit metabolizmasından köken alır. Amonyağın bağlanması Glutamik asit dehidrojenaz ve Glutamin sentetaz • Glutamik asit dehidrojenaz tarafından katalizlenen reaksiyonda önce α-ketoglutarik asite NH3 bağlanır ve α iminoglutarik asit oluşur. α-İminoglutarik asit de NADH+H’ ın kofaktörlüğünde hidrojenizasyonla α-amino glutarik asit (LGlutamik asit)’ e dönüştürülür. • Glutamik asite de glutamin sentetaz enzimi tarafından enerji kullanımı altında bir mol NH3 daha bağlanır ve glutamin oluşturulur. Amonyağın bağlanması Glutamik asit dehidrojenaz enzimi en yüksek konsantrasyonda karaciğer mitokondrialarında bulunduğundan, enzim serum konsantrasyonları karaciğer hücrelerindeki parçalanmanın indikatörü olarak kullanılır. Glutamin sentetaz tüm dokularda bulunmuştur. Amino Grupların Metabolizması Glutamik Asit aşağıdaki nedenlerden dolayı amino asit metabolizmasında anahtar bir pozisyona sahiptir. 1. α-ketoglutarik asite serbest amonyak bağlanarak glutamik asit oluşturulabilir. 2. Glutamik asitin amino grubunun, reversibl bir transaminasyonla pirüvik asite aktarılmasıyla oluşan alanin plazmada amino grubu taşıyıcısı olarak rol oynar. 3. Glutamik asitin amino grubu reversibl bir transaminasyonla bir keto asit olan oksalasetik asit üzerine taşınabilir ve aspartik asit oluşturulur. Aspartik asit üzerindeki amino grubu da başta üre oluşumu olmak üzere biyosentezde kullanılabilir. Aspartat α-ketoglutarat Okzalasetat Glutamat Amino Grupların Metabolizması 4. Glutamik asite 1 mol NH3 bağlanması ile glutamin oluşturulur ve glutaminde biyosentezlerde amino grubu vericisi olarak rol oynaması yanı sıra perifer dokularda açığa çıkan NH3’in kanda taşınmasına aracılık eder ve kanda azot taşınmasını etkiler. 5. Fazla amonyak deaminasyonla glutamik asitten koparılır ve üre sentezinde kullanılır. (Krebs-Henseleit Ornitin Döngüsü) Üre Sentezi Amino asitlerden kopartılan ve bir zehir olan amonyak tekrar azot içeren bileşiklerin sentezinde kullanılmayacaksa, enerji gerektiren bir olayla zehirsiz hale dönüştürülür. Metabolik artıklarını sürekli olarak yaşadıkları ortamlara bırakabilen suda yaşayan hayvanların çoğunluğunda üre sentezi zorunlu değildir. Çünkü vücutlarında amonyak birikmesi meydana gelmez. Bu tür hayvanlar direkt olarak amonyak atarlar ve bu tür canlılara ammonolitik canlılar adı verilir. Üre Sentezi Karada yaşayan hayvanlarda (memeli hayvanlar) ise sürekli olarak amonyak atılması şansı yoktur. Bu nedenle amonyağı üreye dönüştürürler ve atılım ürünü üreyi oluştururlar ve bu nedenle üreolitik canlılar adını alırlar. Su alımları sınırlı olan sürüngenler ve kuşlarda amino asit katabolizması son ürünü olan amonyak ürik asit halinde vücuttan atılır ve bu tür canlılara ürikolitik canlılar adı verilir. Üre Sentezinin Amacı Fazlalık olarak ortaya çıkan amonyağın zehirsiz hale getirilmesidir. Bu amaçla karaciğer hücrelerinde; • 1 mol serbest amonyak, • 1 mol bikarbonat ve • 1 mol aspartik asitin amino grubu azotu çok basamaklı bir siklusla birleştirilir ve üre sentezlenir. Üre Sentezi Amino asitlerdeki azot iki geçit üzerinden Üre’ ye aktarılır. • Transaminasyon ve Deaminasyon o Çeşitli amino asitlerden amino gruplarını Glu aktarır. Glu daha sonra GLDH enzimi ile deamine olabilir, amino grubu OAA aktarılmak suretiyle Asp ve α-KG= oluşabilir. o CO2 (HCO3- formunda), Gln ve/veya Glu deaminasyonu ile veya portal dolaşımdan gelen NH3’den oluşan amonyum iyonu (NH4+) ile Asp, hepatik üre sentezi için substrat görevi görürler. Üre Sentezi Protein ağırlıklı beslenme sonrası portal kandaki amonyak miktarı artar. Bunun yanında hepatik glutaminaz ve GLDH aktivitesi ile amonyum iyonlarına bağlı olarak da artış görülür. Amonyak, glutaminaz enziminin allosterik aktivatörüdür. Hepatik portal kandan sistemik dolaşıma geçtiği anda amonyak konsantrasyonu 50 kat azaltılır. Üre Sentezi Glutaminaz reaksiyonunun önemi • Üre siklusunun yetersizlikleri glutamin koordinasyonluğu ile düzeltilir. Glutaminden amonyum iyonlarını koparan bu enzim, periportal hepatositlerin mitokondriyalarında karbamil fosfat sentetaz ile birlikte lokalize olmuştur. • Glutaminaz sayesinde üre siklusunun ilk enzimi olan karbamil fosfat sentetaza daha fazla amonyum iyonları sağlanmasıyla üre siklusu hızlandırılır. • Perivenöz karaciğer hücrelerinde oluşan glutamin periportal hepatositlere diffüze olabildiğinden, portal kan ile gelen amonyum iyonlarının üreye dönüşümünün garantilendiği interselüler bir glutamin siklusu ortaya çıkar. Kaynak: Engelking, 2014 • Periportal hepatositlerde gerçekleşen Transaminasyon ve Deaminasyon reaksiyonları Azotun (N), amino asitlerden üreye transferini sağlar. • CO2, HCO3- formunda, NH4+ ve Aspartat’ın amino grubu üre biyosentezinde substrat olarak görev alır. Üre Sentezi Periportal Hepatositler • Portal venaya yakın hücrelerdir ve barsakdan gelen kanla ilk teması kurarlar. • Karbonik anhidraz (CA), glutaminaz, GLDH ve üre döngüsü enzimleri açısından zengindirler. Periportal hepatositlerde üre sentezi 5 adımda gerçekleşir. • İlk 2 adım mitokondriada, son 3 adım sitoplazmada gerçekleşir. • Açlık veya diyet protein miktarındaki artışa bağlı olarak üre döngüsü enzimlerinin miktarı 10-20 kat artmaktadır. Üre Sentezinin Basamakları 1. Karbamoil Fosfat Oluşumu • Mitokondriadaki ilk basamaktır ve üre döngüsünün ratelimiting reaksiyonudur. • Karbamoil fosfat sentetaz-1 (CPS-1) tarafından katalizlenir. o Sitoplazmada CPS-2’ de var ama başka amaç için kullanılır; Pirimidin nükleotid sentezi için. • Reaksiyonda kofaktör olarak N-asetilglutamat kullanılır. CPS-1’ in allosterik aktivatörüdür. • CPS-1 etkisi ile HCO3-, NH4+, 2 ATP ve H2O reaksiyona girerek karbamoil fosfat, 2 ADP ve Pi oluşur. Üre Sentezinin Basamakları 2. Sitrullin Oluşumu • İkinci reaksiyondur ve ornitin transkarbamoilaz enzimi tarafından katalizlenir. • Mitokondriada gerçekleşir. • Karbamoil fosfat ile ornitin kondanse olur. • Sonuç olarak Sitrullin ve Pi sentezlenir. • Sitrullin-Ornitin Antiportu ile sitrullin sitoplazmaya çıkarken, ornitin karşılıklı olarak mitokondria içine alınır. o Port inner mitokondrial membranda yer alır. o Ornitin ve sitrullin bazik amino asitlerdir. o Sitrullin ayrıca barsak mukoza hücrelerinde de bulunur. Kaynak: Engelking, 2014 Üre Sentezinin Basamakları Üre Sentezinin Basamakları 3. Arjininosüksinat Oluşumu • 3. reaksiyondur ve sitoplazmada gerçekleşir. • Arjininosüksinat sentetaz enzimi katalizler. • Sitoplazmik sitrullin ve aspartat kondanse olarak arjininosüksinatı oluştururlar. • Aspartatın α-amino grubu ile bağlanma gerçekleşir. • Üredeki ikinci N burdan sağlanır. • Bu reaksiyonda enerji gereklidir. ATP, AMP ve 2 Pi parçalanır. Üre Sentezinin Basamakları 4. Arjinin ve Fumarat Oluşumu • 4. reaksiyondur ve sitoplazmada gerçekleşir. • Arjininosüksinaz enzimi katalizler. • Arjininosüksinat, arjinin ve fumarata ayrıştırılır. o Bu noktada fumarat diğer metabolik geçitlerle bağlantı kurabilir. TCA girmesi veya sitoplazmik Asp sentezi gibi. o Fumarat, fumaraz enzimi ile malata dönüştürülür. o Malat daha sonra mitokondriaya girerek TCA siklüsüna katılabilir., o Malat, pirüvata (malik enzim) veya OAA’ da (malat dehidrojenaz) çevrilebilir. o OAA daha sonra transaminasyon ile Glu’ dan amino grubu alarak Asp yeniden sentezlenebilir. Böylece N’un üre döngüsünde girişindeki sitoplazmik transaminasyon rotası tamamlanır. Üre Sentezinin Basamakları 5. Üre Oluşumu • 5. ve son reaksiyondur. • Reaksiyon, sitoplazmada Mn++-içeren arjinaz enzimi tarafından katalizlenir. • Arjinin’ deki Üre yan dalı uzaklaştırışır ve ornitin yeniden şekillenir. • Ornitin daha sonra mitokondria içine girerek başka bir üre döngüsüne katılır. • Üre, NH3 aksine memeliler için toksik değildir ve periportal hepatositlerden kana diffüze olur. Kaynak: Engelking, 2014 Üre Sentezinin Basamakları Kaynak: Engelking, 2014 • Üre döngüsündeki 5 enzimin sonradan kazanılmış veya kalıtsal defektleri protein intolerans, hiperammonemi ve merkezi sinir sistemi depresyonu ile sonuçlanabilir. • Arjinin, üre döngüsünün önemli bir ara metabolitidir ve bu amino asidin yetersizliğine bağlı olarak kedilerde ayrıca hiperammonemi ve merkezi sinir sistemi depresyonu gelişebilir. Kaynak: Engelking, 2014 Üre’ nin Uzaklaştırılması Kaynaklar Ası. T. 1999. Tablolarla Biyokimya, Cilt 2 Engelking LR. 2014. Textbook of Veterinary Physiological Chemistry. 3rd edn. Academic Press. Eren Meryem. Prof.Dr. Ders Notları (Teşekkürlerimle) Sözbilir Bayşu N, Bayşu N. 2008. Biyokimya. Güneş Tıp Kitapevleri, Ankara Sorular .............., bir amino asidin amino grubunun amonyak halinde ayrılması sonucunda α-ketoaside dönüşmesi olayıdır. A- Tiyoliz B- Transamilasyon D- Deamidasyon C- Dekarboksilasyon E- Deaminasyon Cevap: E 1.
