Metabolizam aminokiselina

Question 1

Kada se odvija oksidativna razgradnja aminokiselina u stanici?

Answer 1

1. Tijekom normalnog obrtaja proteina
2. prekomjernim unosom proteina u organizam (u čovjeku nije moguće skladištenje aminokiselina)
3. tijekom gladovanja ili metaboličkih proemećaja

Question 2

U kojem ciklusu se uklanja višak dušika iz aminokiselina?

Answer 2

U ciklusu ureje.

Question 3

Koje su ključne aminokiseline u metabolizmu dušika/amonijaka?

Answer 3

Glutamat, glutamin, alanin i aspartat.

Question 4

Kako se sve razgrađuju proteini u čovjeka?

Answer 4

Probava započinje u želucu, gdje se pepsinom cijepaju proteini na manje polipeptide. Zatim u tankom crijevu se dalje cijepaju polipeptidi pomoću tripsina, kimotripsin, prokarboksipepotidaze A i B i elastaza koje stvara gušterača.
Unutar stanice proteini se degradiraju u proteasomu. Prethodno dolazi do poliubikvitinacije, čime ih se označava da ih treba razgraditi. Prvo se aktivira ubikvitin ATP-om (E1 enzim), zatim se konjugira s enzimom E2, i na kraju veže s ciljnim proteinom (enzim E3- ubikvitin-protein ligaza).

Question 5

Koji su enzimi ključni u razgradnji aminokiselina, što kataliziraju i koji kofaktor koriste?

Answer 5

Ključne su transaminaze ili aminotransferaze. Amino skupina se prebacuje s aminokiseline na alfa-ketokiselinu. Koriste piridoksal-fosfat (PLP).

Question 6

Što je ključno u mehanizmu enzima koji koriste PLP?

Answer 6

Položaj skupina na alfa-C atomu aminokiseline. Ona skupina koja je najokomitija na ravninu aromatskog sustava je ta koja će se ukloniti (koristi se kod racemaza, dekarboksilaza, dehidrataza…).

Question 7

Koji su glavni prijenosnici dušika u krvotoku? Objasni.

Answer 7

Glutamin i alanin.
Višak amonijaka ugrađuje se u glutamat pomoću glutamin sintetaze. Prvo se fosforilira karboksilna skupina pomoću ATP dajući ADP i gama-glutamilfosfat. Zatim amonijak napadne karbonil i statane glutamin. Takav se glutamin prenosi krvlju iz mišića u jetru. U mitohondriju jetre se glutamin hidrolizira glutaminazom. Nastali se amonijak izbaci (npr. kao urea).
Radom mišića iz glukoze nastaje piruvat. Alanin aminotransferaza pretvori keto skupinu u amino skupinu tj. piruvat u alanin. Koristi glutamat koji postane alfa-ketoglutarat. Alanin putuje do jetre gdje se alanin aminotransferazom vrati u piruvat. Iz glutamata se dobije amonijak koji se izbaci. Piruvat se glukoneogenezom pretvori u glukozu i to djeluje kao ciklus.

Question 8

Kako se uklanja višak amonijaka s glutamata?

Answer 8

Oksidativnom deaminacijom. Glutamat dehidrogenaza koristi NAD+ i nastane imin koji se hidrolizira u alfa-ketoglutarat.

Question 9

Napiši reakcije ciklusa ureje i enzime koji kataliziraju reakcije.

Answer 9

1a. HCO3- + ATP → HOOC-OPO3^2- + ADP
1b. HOOC-OPO3^2- + NH3 → HOOCNH2 + Pi
1c. HOOCNH2 + ATP → O3POCONH2^2- + ADP (karbamoil-fosfat sintaza I)
2. ornitin + karbamoil-fosfat → citrulin + Pi (ornitin transkarbamoilaza)
3. citrulin + aspartat + ATP → argininosukcinat + PPi + AMP (argininosukcinat sintetaza)
4. argininosukcinat → arginin + fumarat (argininosukcinaza)
5. arginin + H2O → urea + ornitin (arginaza)

Question 10

Gdje se odvija ciklus ureje?

Answer 10

Prve dvije reakcije u mitohondriju jetre, a ostatak u citosolu.

Question 11

Što se događa sa fumaratom iz ciklusa ureje?

Answer 11

Fumarat se u citosolu pretvori u malat koji ulazi u mitohondrij i reakcijama CLK-a prelazi u oksaloacetat koji se transaminacijom pretvori u aspartat potreban za ciklus ureje.

Question 12

Kako se alosterički regulira ciklus ureje?

Answer 12

Karbamoil-fosfat sintetaza I se alosterički aktivira N-acetilglutamatom. On se sintetizira iz acetil-CoA i glutamata pomoću N-acetilglutamat sintaze. Ovaj enzim kod sisavaca ima čistu regulatornu ulogu. Također, enzim se alosterički aktivira argininom.

Question 13

Koje aminokiseline se razgrađuju do piruvata?

Answer 13

Alanin, serin i cistein. Glicin se može pretvoriti u serin pa time i on prelazi u piruvat. Treonin se preko 2-amino-3-ketobutirata pretvara u piruvat. Triptofanu se može ukloniti 3 C lanac čime nastaje alanin.

Question 14

Koje aminokiseline daju alfa-ketoglutarat?

Answer 14

Glutamin, prolin, arginin, histidin daju glutamat koji transaminacijom daje alfaketoglutarat.

Question 15

Što je zajedničko u razgradnji prolina i arginina?

Answer 15

Međuprodukt u razgradnji - glutamat gama-semialdehid. Prolin se oksidira u pirolidin 5-karboksilat koji hidrolizom daje glutamat gama-semialdehid. Arginaza hidrolizira arginin dajući ornitin te posebnom transaminacijom daje aldehidnu skupinu. Oksidacijom aldehida nastane glutamat.

Question 16

Koje kiseline daju sukcinil-CoA?

Answer 16

Metionin, valin, izoleucin i treonin.

Question 17

Opiši razgradnju metionina i ciklus aktivirane metilne skupine.

Answer 17

Sumpor u metioninu nukleofilno napada 5’ C atom riboze u ATP dajući Pi, PPi i S-adenozil-metionin. Akceptor metila uzme CH3 i nastane S-adenozil-homocistein. Hidrolizom nastanu adenozin i homocistein. Homocistein se spaja sa serinom i nastane cistationin. Cistationin se raspada na cistein i alfa-ketobutirat. Nastali alfaketobutirat se oksidativno dekarboksilira dajući propionil-CoA koji se dalje obradi u sukcinil-CoA.
S-adenozil-metionin je glavni metilacijski spoj u organizmu. Kada nastane homocistein on se može ponovo metilirati pomoću metil-tetrahidrofolata čime se regenerira metionin.

Question 18

Što je tetrahidrofolat?

Answer 18

Nosač aktiviranih C-1 skupina različitih oksidacijskih stanja. Može prenositi najreduciraniji oblik: CH3 (N5-metil THF), intermedijarno oksidacijsko stanje: CH2OH (N5,N10-metilen-THF), i najoksidiraniji oblik: formil (N5 i N10-THF), formimino ili metenil THF.

Question 19

Što je tetrahidrofolat?

Answer 19

Nosač aktiviranih C-1 skupina različitih oksidacijskih stanja. Može prenositi najreduciraniji oblik: CH3 (N5-metil THF), intermedijarno oksidacijsko stanje: CH2OH (N5,N10-metilen-THF), i najoksidiraniji oblik: formil (N5 i N10-THF), formimino ili metenil THF.
Ističe se reakcija koju katalizira enzim glicin sintaza koja (surprise) sintetizira ili razgrađuje glicin prema reakciji:
glicin + NAD+ + THF = CO2 + NH4+ + NADH + N5,N10-metilen-THF

Question 20

Koja je ključna molekula u razgradnji aromatskih aminokiselina?

Answer 20

O2. Njime se nizom koraka razbija aromatski prsten koji je vrlo stabilan. Može se razbiti s nečim vrlo reaktivnim kao što je O2.

Question 21

Koji supstrat prima drugi kisikov atom u reakciji fenilalanina i O2?

Answer 21

Tetrahidrobiopterin. Nastaje oksidirani oblik koji se uklanja kao voda te se zatim reducira s NADPH do tetrahidrobiopterina. Konačan donor elektrona zapravo je NADPH a ne tetrahidrobiopterin.

Question 22

Do čega se razgrađuju aromatske aminokiseline?

Answer 22

Fenilalanin i tirozin do fumarata i acetoacetata.

Triptofan do acetoacetata (i alanina u jednom koraku).

Question 23

Za što je bitna nitrogenaza?

Answer 23

Poseban enzim koji može inertni N2 iz zraka pretvoriti u amonijak koji je koristan za živi svijet. Sadrži sljedeće djelove: reduktazu dinitrogenaze, alfa i beta podjedinicu dinitrogenaze(4Fe-4S), P klaster (8Fe-7S) i FeMo kofaktor. Reakcija koju katalizira je energetski vrlo “skupa” (treba 16 ATP). Druga komplikacija je osjetljivost na kisik.

Question 24

Preko koje dvije aminokiseline amonijak može dalje ići u druge organske spojeve?

Answer 24

Preko glutamata (glutamat-dehidrogenaza) i glutamina (glutamin-sintetaza).

Question 25

Koja je razlika u sintezi asparagina i glutamina?

Answer 25

Aktivirani intermedijar. Kod glutamina je acil-fosfat, a kod asparagina je acil-adenilat.

Question 26

Kako su povezane sinteze prolina i arginina?

Answer 26

Zajedničkim intermedijerom - glutamat gama-semialdehid. Kod prolina dolazi do ciklizacije i stvaranja imina koji se reducira i daje prolin. Za arginin se prvo transaminira dajući ornitin koji se dalje obrađuje do arginina.

Question 27

Koji je zajednički prekursor Ser, Ala i Cys i kako se dobiju?

Answer 27

3-fosfoglicerat. iz njega se dobije 3fosfohidroksipiruvat koji transaminacijom daje 3-fosfoserin. FOsfataza hidrolizira i daje serin. Serin se pomoću THF pretvori u glicin. U reakciji s homocisteinom daje cistation koji lijazom daje cistein (i alfa-ketobutirat).

Question 28

Koji su zajednički prekursori Phe, Trp i Tyr i kako počinje sinteza?

Answer 28

Šikimat i korizmat. Počinje kondenzacijom fosfoenolpiruvata i eritroze-4-fosfata.

Question 29

Po čemu se ističe sinteza histidina?

Answer 29

Po korištenju 5-fosforibozil-alfa-pirofosfata i ATP. Također, N1-dušik u adeninu tvori glikozidnu vezu.