Биосинтез на аминокиселини

Биосинтезът на аминокиселини е анаболната страна на аминокиселинния метаболизъм: изграждането на аминокиселини от по-прости предшественици, произхождащи предимно от централните метаболитни пътища. При хората тази способност е частична, поради което едни аминокиселини са несъществени и се синтезират вътрешно, докато други са съществени и трябва да постъпят с храната.

Definition

Биосинтезът на аминокиселини е синтезът на аминокиселини от въглеродни скелети, осигурявани от централния метаболизъм, заедно с аминогрупа, донирана от други азотоносители, при което при хората се произвеждат несъществените аминокиселини, докато съществените аминокиселини трябва да се набавят с храната.

Scope

Статията разглежда начина, по който несъществените аминокиселини се синтезират от интермедиати на гликолизата и цикъла на трикарбоновите киселини, ролята на азотните донори като глутамат и глутамин, и разграничението между съществени и несъществени аминокиселини при хората. Четенето и сглобяването на аминокиселини в протеини е разгледано в статията за транслация, а разграждането им — в статията за катаболизъм.

Core questions

• Кои въглеродни скелети служат като предшественици на несъществените аминокиселини?
• Как се доставя азот по време на биосинтеза?
• Защо хората могат да синтезират едни аминокиселини, но не и други?

Key concepts

• Съществени срещу несъществени аминокиселини
• Предшественици от гликолизата и цикъла на трикарбоновите киселини
• Глутамат и глутамин като донори на аминогрупи
• Трансаминиране в синтетична посока
• Реакции на амидиране (синтез на глутамин и аспарагин)
• Условно съществени аминокиселини

Mechanisms

Несъществените аминокиселини се изграждат от шепа централни метаболити. Пируват, оксалоацетат и алфа-кетоглутарат се превръщат чрез трансаминиране в обратна посока съответно в аланин, аспартат и глутамат, като глутаматът нерядко служи като донор на аминогрупата. 3-Фосфоглицерат от гликолизата е предшественик на серин, от който могат да се получат глицин и цистеин. Реакциите на амидиране добавят втори азот, за да се синтезира глутамин от глутамат и аспарагин от аспартат, като последното се катализира от аспарагин синтетаза. За разлика от тях, въглеродните скелети и биосинтетичните маршрути на съществените аминокиселини не са налични при хората, поради което те трябва да постъпят с храната; тази граница може да се измести при стрес или при определени условия, откъдето произтиха понятието за условно съществени аминокиселини.

Clinical relevance

Зависимостта на някои тъкани от снабдяването с аминокиселини, включително необходимостта от диетични съществени аминокиселини, е в основата на хранителната наука и помага да се обясни защо определени тумори, неспособни да синтезират определени аминокиселини, са чувствителни към тяхното изчерпване. Статията описва биохимията и не е основа за индивидуални диетични или терапевтични решения.

Evidence & guidelines

Биосинтетичните пътища са утвърдена биохимия, консолидирана в стандартни учебници и прегледни статии; темата е справочна, а не клинична.

History

Биосинтетичните пътища към отделните аминокиселини са картографирани чрез ензимология и микробна генетика от средата на XX век, включително чрез използване на биосинтетични мутанти за определяне на последователността на стъпките в метаболитните пътища — работа, установила кои въглеродни скелети и азотни донори участват в синтеза на всяка аминокиселина.

Key figures

• David Greenberg
• Bernard Davis

Seminal works

• wu-2009
• lomelino-2017

Frequently asked questions

Какво прави една аминокиселина съществена?

Аминокиселина е съществена, когато в организма липсват метаболитните пътища за синтезирането й в достатъчни количества, поради което тя трябва да се набавя с храната; несъществените аминокиселини могат да се синтезират вътрешно от други метаболити.

Откъде идват въглеродните скелети за несъществените аминокиселини?

Те произхождат предимно от интермедиати на гликолизата и цикъла на трикарбоновите киселини — като пируват, оксалоацетат, алфа-кетоглутарат и 3-фосфоглицерат — които се превръщат в аминокиселини чрез добавяне на аминогрупа.