Βιοσύνθεση αμινοξέων

Η βιοσύνθεση αμινοξέων αποτελεί την αναβολική πλευρά του μεταβολισμού αμινοξέων: την κατασκευή αμινοξέων από απλούστερες πρόδρομες ενώσεις που προέρχονται κυρίως από κεντρικές μεταβολικές οδούς. Στον άνθρωπο, αυτή η ικανότητα είναι μερική, γι' αυτό ορισμένα αμινοξέα είναι μη απαραίτητα και παράγονται ενδογενώς, ενώ άλλα είναι απαραίτητα και πρέπει να προέρχονται από τη διατροφή.

Definition

Η βιοσύνθεση αμινοξέων είναι η σύνθεση αμινοξέων από ανθρακικούς σκελετούς που παρέχονται από τον κεντρικό μεταβολισμό σε συνδυασμό με μια αμινομάδα που δωρίζεται από άλλους φορείς αζώτου, παράγοντας στον άνθρωπο τα μη απαραίτητα αμινοξέα, ενώ τα απαραίτητα αμινοξέα πρέπει να λαμβάνονται από τη διατροφή.

Scope

Η εν λόγω καταχώριση καλύπτει τον τρόπο σύνθεσης των μη απαραίτητων αμινοξέων από μεσοπροϊόντα γλυκόλυσης και κύκλου κιτρικού οξέος, τον ρόλο δοτών αζώτου όπως το γλουταμικό και η γλουταμίνη, καθώς και τη διάκριση μεταξύ απαραίτητων και μη απαραίτητων αμινοξέων στον άνθρωπο. Η ανάγνωση και συναρμολόγηση αμινοξέων σε πρωτεΐνες καλύπτεται στην καταχώριση για τη μετάφραση, και η αποδόμησή τους στην καταχώριση για τον καταβολισμό.

Core questions

• Ποιοι ανθρακικοί σκελετοί χρησιμεύουν ως πρόδρομες ενώσεις για τα μη απαραίτητα αμινοξέα;
• Πώς χορηγείται το άζωτο κατά τη βιοσύνθεση;
• Γιατί ο άνθρωπος μπορεί να συνθέσει ορισμένα αμινοξέα αλλά όχι άλλα;

Key concepts

• Απαραίτητα έναντι μη απαραίτητων αμινοξέων
• Πρόδρομες ενώσεις από τη γλυκόλυση και τον κύκλο κιτρικού οξέος
• Γλουταμικό και γλουταμίνη ως δότες αμινομάδας
• Τρανσαμίνωση προς την κατεύθυνση σύνθεσης
• Αντιδράσεις αμίδωσης (σύνθεση γλουταμίνης και ασπαραγίνης)
• Υπό συνθήκες απαραίτητα αμινοξέα

Mechanisms

Τα μη απαραίτητα αμινοξέα κατασκευάζονται από ένα πλήθος κεντρικών μεταβολιτών. Το πυροσταφυλικό, το οξαλοξεικό και το α-κετογλουταρικό μετατρέπονται με τρανσαμίνωση, που λειτουργεί προς την κατεύθυνση σύνθεσης, σε αλανίνη, ασπαρτικό και γλουταμικό αντίστοιχα, με το γλουταμικό να χρησιμεύει συχνά ως δότης αμινομάδας. Η 3-φωσφογλυκερόλη της γλυκόλυσης αποτελεί πρόδρομη ένωση για τη σερίνη, από την οποία μπορεί να προέρχονται η γλυκίνη και η κυστεΐνη. Αντιδράσεις αμίδωσης προσθέτουν ένα δεύτερο άζωτο για την παραγωγή γλουταμίνης από το γλουταμικό και ασπαραγίνης από το ασπαρτικό, με την τελευταία να καταλύεται από τη συνθετάση ασπαραγίνης. Αντίθετα, οι ανθρακικοί σκελετοί και οι βιοσυνθετικές οδοί των απαραίτητων αμινοξέων δεν υπάρχουν στον άνθρωπο, οπότε αυτά πρέπει να χορηγούνται από τη διατροφή· το όριο αυτό μπορεί να μετατοπιστεί υπό συνθήκες στρες ή σε ορισμένες παθολογικές καταστάσεις, δίνοντας αφορμή για την κατηγορία των υπό συνθήκες απαραίτητων αμινοξέων.

Clinical relevance

Η εξάρτηση ορισμένων ιστών από την παροχή αμινοξέων, συμπεριλαμβανομένης της ανάγκης για διατροφικά απαραίτητα αμινοξέα, αποτελεί βάση της επιστήμης της διατροφής και συμβάλλει στην εξήγηση του γιατί ορισμένοι όγκοι που αδυνατούν να παράγουν συγκεκριμένα αμινοξέα είναι ευαίσθητοι στην απαλλαγή τους. Η εν λόγω καταχώριση περιγράφει τη βιοχημεία και δεν αποτελεί βάση για εξατομικευμένες διατροφικές αποφάσεις ή θεραπευτικές κατευθύνσεις.

Evidence & guidelines

Οι βιοσυνθετικές οδοί αποτελούν καθιερωμένη βιοχημεία, η οποία συνοψίζεται σε τυποποιημένα εγχειρίδια και ανασκοπήσεις· πρόκειται για θέμα αναφοράς και όχι τομέα κλινικών κατευθυντήριων οδηγιών.

History

Οι βιοσυνθετικές οδοί προς τα επιμέρους αμινοξέα χαρτογραφήθηκαν μέσα από την ενζυμολογία και τη μικροβιακή γενετική του μέσου εικοστού αιώνα, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης βιοσυνθετικών μεταλλαγμάτων για την ταξινόμηση των βημάτων των οδών, εργασία που τεκμηρίωσε ποιοι ανθρακικοί σκελετοί και δότες αζώτου τροφοδοτούν κάθε αμινοξύ.

Key figures

• David Greenberg
• Bernard Davis

Seminal works

• wu-2009
• lomelino-2017

Frequently asked questions

Τι καθιστά ένα αμινοξύ απαραίτητο;

Ένα αμινοξύ είναι απαραίτητο όταν ο οργανισμός στερείται των οδών για τη σύνθεσή του σε επαρκείς ποσότητες, οπότε πρέπει να λαμβάνεται από τη διατροφή· τα μη απαραίτητα αμινοξέα μπορεί να παραχθούν ενδογενώς από άλλους μεταβολίτες.

Από πού προέρχονται οι ανθρακικοί σκελετοί για τα μη απαραίτητα αμινοξέα;

Προέρχονται κυρίως από μεσοπροϊόντα γλυκόλυσης και κύκλου κιτρικού οξέος, όπως το πυροσταφυλικό, το οξαλοξεικό, το α-κετογλουταρικό και η 3-φωσφογλυκερόλη, τα οποία μετατρέπονται σε αμινοξέα με την πρόσθεση αμινομάδας.