Untuk berbicara tentang dua puluh asam amino yang membentuk protein dan struktur yang dimodifikasi, setidaknya dua belas jalur metabolisme khusus harus dijelaskan.
Tetapi mengapa sel menggunakan begitu banyak jalur metabolisme yang membutuhkan energi (misalnya untuk meregenerasi situs katalitik enzim), masing-masing dengan warisan enzimatik, untuk katabolisasi asam amino? Hampir semua asam amino dapat diperoleh, melalui rute khusus, metabolit yang sebagian kecil digunakan untuk menghasilkan energi (misalnya, melalui glukoneogenesis dan jalur badan keton) tetapi yang, di atas semuanya, mengarah pada pembentukan molekul kompleks, dengan jumlah atom karbon yang tinggi (misalnya dari fenilalanin dan tirosin, hormon diproduksi di kelenjar adrenal yang dikhususkan untuk tujuan ini); jika di satu sisi akan mudah untuk menghasilkan energi dari asam amino, di sisi lain itu akan rumit untuk membangun molekul kompleks mulai dari molekul kecil: katabolisme asam amino memungkinkan kita untuk mengeksploitasi kerangka mereka untuk mendapatkan spesies yang lebih besar.
Dua atau tiga ons asam amino terdegradasi setiap hari oleh individu yang sehat: 60-100 g di antaranya, berasal dari protein yang diperkenalkan oleh makanan, tetapi lebih dari 2 ons diperoleh dari pergantian protein normal yang merupakan bagian integral dari tubuh (asam amino). dari protein-protein ini, yang dirusak oleh proses redoks, digantikan oleh yang lain dan dikatabolisme).
Asam amino memberikan kontribusi energi dalam hal ATP: setelah menghilangkan gugus α-amino, kerangka karbon sisa asam amino, mengikuti transformasi yang tepat, dapat memasuki siklus krebs. Lebih lanjut, ketika pasokan nutrisi kurang dan jumlah glukosa menurun, glukoneogenesis diaktifkan: asam amino glukoneogenetik disebut asam amino yang, setelah modifikasi yang sesuai, dapat dimasukkan ke dalam glukoneogenesis; asam amino glukoneogenetik adalah asam yang dapat dikonversi menjadi piruvat atau fumarat (fumarat dapat diubah menjadi penyakit yang keluar dari mitokondria dan, dalam sitoplasma, ditransformasikan menjadi oksaloasetat dari mana fosfoenol dapat diperoleh). Sebaliknya, mereka yang dapat dikonversi menjadi asetil koenzim A dan cuka-asetat dikatakan asam amino ketogenik.
Yang baru saja dijelaskan adalah aspek yang sangat penting karena asam amino dapat memperbaiki kekurangan gula jika puasa langsung; jika puasa berlanjut, metabolisme lipid turun tangan setelah dua hari (karena struktur protein tidak dapat diserang banyak), pada fase ini, karena glukoneogenesis sangat terbatas, asam lemak diubah menjadi asetil koenzim A dan badan keton . Dari puasa lebih lanjut, otak juga beradaptasi untuk menggunakan tubuh keton.
Pemindahan gugus α-amino dari asam amino terjadi melalui reaksi transaminasi; enzim yang mengkatalisasi reaksi ini disebut transaminase (atau transferase amino). Enzim ini menggunakan kofaktor enzimatik yang disebut piridoksal fosfat, yang campur tangan dengan kelompok aldehida. Pyridoxal phosphate adalah produk dari fosforilasi pyridoxine yang merupakan vitamin (B6) yang terkandung dalam sayuran.
Transaminase memiliki sifat-sifat berikut:
Spesifisitas tinggi untuk pasangan α-ketoglutarate-glutamat;
Mereka mengambil nama mereka dari pasangan kedua.
Enzim transaminase selalu melibatkan pasangan α-ketoglutarate-glutamat dan dibedakan oleh pasangan kedua yang terlibat.
contoh:
Aspartate transaminase atau GOT (glutamate-oxal acetate transaminase): enzim mentransfer gugus α-amino dari aspartat ke α-ketoglutarat, memperoleh oksalat asetat dan glutamat.
Alanine transaminase yaitu GTP (Glutamate-Pyruvate Transaminase): enzim mentransfer gugus α-amino dari alanin ke α-ketoglutarate yang memperoleh piruvat dan glutamat.
Berbagai transaminase, gunakan α-ketoglurate sebagai akseptor kelompok asam amino amino dan mengubahnya menjadi glutamat; sementara, asam amino yang terbentuk digunakan di jalur tubuh keton.
Jenis reaksi ini dapat terjadi di kedua arah karena mereka putus dan ikatan dengan kandungan energi yang sama terbentuk.
Transaminase berada di sitoplasma dan mitokondria (mereka sebagian besar aktif di sitoplasma) dan berbeda dalam titik isoelektriknya.
Transaminase juga mampu mendekarboksilasi asam amino.
Pasti ada cara untuk mengubah glutamat kembali menjadi α-ketoglutarat: ini terjadi dengan deaminasi.
Glutamat dehidrogenase adalah enzim yang mampu mengubah glutamat menjadi α-ketoglutarat dan, karenanya, mengubah gugus amino dari asam amino yang ditemukan dalam bentuk glutamat menjadi amonia. Apa yang terjadi adalah proses oksidoreduktif yang melewati intermediate α-amino glutarate: amonia dan α-ketoglutarate dilepaskan dan kembali ke sirkulasi.
Dengan demikian, pembuangan gugus amino dari asam amino melewati transaminase (berbeda tergantung pada substrat) dan glutamat dehydrogenase, yang menentukan pembentukan amonia.
Ada dua jenis glutamat dehidrogenase: sitoplasma dan mitokondria; kofaktor, yang juga merupakan ko-konstituen dari enzim ini, adalah NAD (P) +: glutamat dehydrogenase menggunakan NAD + atau NADP + sebagai akseptor dari pengurangan daya. Bentuk sitoplasma lebih suka, meskipun tidak secara eksklusif, NADP + sedangkan bentuk mitokondria lebih memilih NAD +. Bentuk mitokondria memiliki tujuan membuang gugus amino: ia mengarah ke pembentukan amonia (yang merupakan substrat untuk enzim khusus mitokondria) dan NADH (yang dikirim ke rantai pernapasan). Bentuk sitoplasma bekerja berlawanan arah, yaitu menggunakan amonia dan α-ketoglutarat untuk menghasilkan glutamat (yang memiliki tujuan biosintesis): reaksi ini merupakan biosintesis reduktif dan kofaktor yang digunakan adalah NADPH.
Glutamat dehydrogenase bekerja ketika gugus amino dari asam amino seperti amonia (melalui urin) perlu dibuang atau ketika kerangka asam amino diperlukan untuk menghasilkan energi: enzim ini karenanya akan memiliki sistem yang menunjukkan ketersediaan energi yang baik (ATP) sebagai modulator negatif. GTP dan NAD (P) H) dan sebagai modulator positif, sistem yang mengindikasikan kebutuhan energi (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, asam amino dan hormon tiroid).
Asam amino (terutama leusin) adalah modulator positif glutamat dehidrogenase: jika asam amino ada dalam sitoplasma, asam amino dapat digunakan untuk sintesis protein, atau asam amino harus dibuang karena tidak dapat terakumulasi (ini menjelaskan mengapa asam amino adalah modulator positif) .
Pembuangan amonia: siklus urea
Ikan membuang amonia dengan memasukkannya ke dalam air melalui insang; burung mengubahnya menjadi asam urat (yang merupakan produk kondensasi) dan menghilangkannya dengan kotoran. Mari kita lihat apa yang terjadi pada manusia: kita telah mengatakan bahwa glutamat dehydrogenase mengubah glutamat menjadi α-ketoglutarat dan amonia, tetapi kita belum mengatakan bahwa ini terjadi hanya pada mitokondria hati.
Peran mendasar pembuangan amonia, melalui siklus urea, dicakup oleh transaminase mitokondria.
karbon dioksida, dalam bentuk ion bikarbonat (HCO3-), diaktifkan oleh kofaktor biotin yang membentuk biotin karboksi yang bereaksi dengan amonia untuk menghasilkan asam karbamat; reaksi selanjutnya menggunakan ATP untuk mentransfer fosfat ke asam karbamat membentuk karbamil fosfat dan ADP (konversi ATP ke ADP adalah kekuatan pendorong untuk memperoleh karboksibiotin). Fase ini dikatalisis oleh karbamil fosfat sintetase dan terjadi di mitokondria. Karbamil fosfat dan ornithine, adalah substrat untuk enzim ornithine trans carbamylase yang mengubahnya menjadi citrulline; Reaksi ini terjadi pada mitokondria (hepatosit). Citrulline yang dihasilkan keluar dari mitokondria dan, dalam sitoplasma, berada di bawah aksi arginin suksinat sintase : ada perpaduan antara kerangka karbon citrulline dan aspartat melalui serangan nukleofilik dan selanjutnya menghilangkan air. Enzim arginin suksinat sintase, membutuhkan molekul ATP oleh karena itu ada kopling yang energik: hidrolisis ATP menjadi AMP dan pirofosfat (yang terakhir ini kemudian diubah menjadi dua molekul ortofosfat) dengan mengeluarkan molekul air dari substrat dan bukan karena aksi air dalam medium.
Enzim berikutnya adalah arginin suksinase : enzim ini mampu membagi arginin suksinat menjadi arginin dan fumarat di dalam sitoplasma.
Siklus urea diselesaikan oleh enzim arginase : urea dan ornithine diperoleh; urea dibuang oleh ginjal (urin) sementara ornithine kembali ke mitokondria dan melanjutkan siklus.
Siklus urea tunduk pada modulasi tidak langsung oleh arginin: akumulasi arginin, menunjukkan bahwa perlu untuk mempercepat siklus urea; modulasi arginin tidak langsung karena arginin memodulasi secara positif enzim asetil glutamat sintetase. Yang terakhir ini mampu mentransfer gugus asetil ke nitrogen glutamat: N-asetil glutamat terbentuk yang merupakan modulator langsung dari enzim carbamyl-phospho synthetase.
Arginin terakumulasi sebagai metabolit siklus urea jika produksi karbamil fosfat tidak cukup untuk membuang ornithine.
Urea hanya diproduksi di hati tetapi ada situs lain di mana reaksi awal terjadi.
Otak dan otot menggunakan strategi khusus untuk menghilangkan gugus amino. Otak menggunakan metode yang sangat efisien di mana enzim glutamin sintetase dan enzim glutamase digunakan: yang pertama hadir dalam neuron, sedangkan yang terakhir ditemukan di hati. Mekanisme ini sangat efisien karena dua alasan:
Dua kelompok amino diangkut dari otak ke hati dengan hanya satu kendaraan;
Glutamin jauh lebih sedikit toksik daripada glutamat (glutamat juga membawa transfer saraf dan tidak boleh melebihi konsentrasi fisiologis).
Pada ikan, mekanisme serupa membawa gugus amino asam amino ke insang.
Dari otot (kerangka dan jantung), kelompok-kelompok amino mencapai hati melalui siklus glukosa-alanin; enzim yang terlibat adalah glutamin-piruvat transaminase: memungkinkan transposisi gugus amino (yang dalam bentuk glutamat), mengubah piruvat menjadi alanin dan, secara bersamaan, glutamat menjadi α-ketoglutarat dalam otot dan mengkatalisis proses inversi dalam hati.
Transaminase dengan tugas atau posisi yang berbeda juga memiliki perbedaan struktural dan dapat ditentukan oleh elektroforesis (mereka memiliki titik isoelektrik yang berbeda).
Kehadiran transaminase dalam darah dapat menjadi gejala kerusakan hati atau kardiopat (yaitu kerusakan jaringan pada sel hati atau jantung); transaminase, berada dalam konsentrasi yang sangat tinggi baik di hati dan di jantung: melalui elektroforesis dapat ditentukan apakah kerusakan terjadi di hati atau sel-sel jantung.
