Καταβολισμός αμινοξέων και τρανσαμίνωση

Ο καταβολισμός αμινοξέων είναι το σύνολο μεταβολικών οδών που διασπούν τα αμινοξέα όταν αυτά είναι περίσσεια ή κατά την ανακύκλωση πρωτεϊνών. Το πρώτο κοινό βήμα για τα περισσότερα αμινοξέα είναι η τρανσαμίνωση, δηλαδή η μεταφορά της αμινομάδας σε ένα κετοξύ, η οποία διαχωρίζει το άζωτο από τον ανθρακικό σκελετό έτσι ώστε κάθε ένα να χειρίζεται ανεξάρτητα.

Definition

Ο καταβολισμός αμινοξέων είναι η αποδόμηση αμινοξέων, αρχίζοντας με την αφαίρεση της α-αμινομάδας (συνήθως με τρανσαμίνωση) και την επακόλουθη απελευθέρωσή της ως αμμωνίας, ακολουθούμενη από τη μετατροπή του ανθρακικού σκελετού σε γλυκογενετικά ή κετογενετικά μεσοπροϊόντα.

Scope

Η εν λόγω καταχώριση καλύπτει τον τρόπο αφαίρεσης και συλλογής αμινομάδων, κυρίως μέσω αμινοτρανσφερασών και αφυδρογονάσης γλουταμινικού, καθώς και τον τρόπο δρομολόγησης των εναπομενόντων ανθρακικών σκελετών στον κεντρικό μεταβολισμό. Αναφέρεται στην αποικοδομητική πλευρά του μεταβολισμού αμινοξέων· η σύνθεση καλύπτεται σε συγγενή καταχώριση και η διάθεση αζώτου στις καταχωρίσεις για τον κύκλο ουρίας και το άζωτο.

Core questions

• Πώς διαχωρίζεται η αμινομάδα από το υπόλοιπο του αμινοξέος;
• Πώς κατευθύνεται το συλλεγόμενο άζωτο προς διάθεση;
• Σε ποια κεντρικά μεταβολίτες τροφοδοτούνται οι ανθρακικοί σκελετοί;

Key concepts

• Τρανσαμίνωση
• Αμινοτρανσφεράσες (τρανσαμινάσες) και φωσφορική πυριδοξαλδεΰδη
• Γλουταμικό ως κεντρικός φορέας αζώτου
• Οξειδωτική αποαμίνωση από αφυδρογονάση γλουταμινικού
• Γλυκογενετικά έναντι κετογενετικών αμινοξέων
• Καταβολισμός αμινοξέων διακλαδισμένης αλυσίδας

Mechanisms

Κατά την τρανσαμίνωση, μια αμινοτρανσφεράση μεταφέρει την α-αμινομάδα από ένα αμινοξύ στο α-κετογλουταρικό, παράγοντας γλουταμικό και το αντίστοιχο κετοξύ· η αντίδραση εξαρτάται από τον συμπαράγοντα φωσφορική πυριδοξαλδεΰδη που μεταφέρει την αμινομάδα μέσω ενός ενδιάμεσου βάσης Schiff. Με τον τρόπο αυτό το άζωτο από πολλά αμινοξέα κατευθύνεται στο γλουταμικό. Το γλουταμικό μπορεί στη συνέχεια να υποστεί οξειδωτική αποαμίνωση από την αφυδρογονάση γλουταμινικού, αναγεννώντας α-κετογλουταρικό και απελευθερώνοντας αμμωνία για διάθεση. Οι αποαμινωμένοι ανθρακικοί σκελετοί ταξινομούνται ως γλυκογενετικοί, όταν αποδίδουν πυροσταφυλικό ή μεσοπροϊόντα κύκλου κιτρικού οξέος που μπορεί να μετατραπούν σε γλυκόζη, ή ως κετογενετικοί, όταν αποδίδουν ακετυλο-CoA ή ακετοξεικό· ορισμένα αμινοξέα είναι και τα δύο. Οι αμινοτρανσφεράσες ασπαρτικού και αλανίνης είναι κλινικά γνωστές διότι η διαρροή τους στο αίμα αποτελεί δείκτη ιστικής βλάβης.

Clinical relevance

Η δραστηριότητα αμινοτρανσφερασών ορού, όπως η αμινοτρανσφεράση αλανίνης και ασπαρτικού, αποτελεί ευρέως μετρούμενο δείκτη ιστικής και ιδίως ηπατικής βλάβης, ενώ η καταβολική πορεία των αμινοξέων εξηγεί πώς η πρωτεΐνη συμβάλλει στην ενέργεια και στην παροχή γλυκόζης. Η εν λόγω καταχώριση εξηγεί την υποκείμενη βιοχημεία και δεν αποτελεί βάση για εξατομικευμένη διάγνωση ή θεραπεία.

Evidence & guidelines

Οι αντιδράσεις που περιγράφονται εδώ αποτελούν καθιερωμένη ενζυμολογία, η οποία συνοψίζεται σε τυποποιημένα βιοχημικά εγχειρίδια και ανασκοπήσεις· πρόκειται για υλικό αναφοράς και όχι τομέα κλινικών κατευθυντήριων οδηγιών.

History

Η τρανσαμίνωση χαρακτηρίστηκε στη δεκαετία του 1930 από τον Alexander Braunstein και συνεργάτες, και ο ρόλος της φωσφορικής πυριδοξαλδεΰδης ως συμπαράγοντα των αμινοτρανσφερασών διευκρινίστηκε μέσα από εργασίες του μέσου εικοστού αιώνα των Esmond Snell και άλλων, τεκμηριώνοντας την τρανσαμίνωση ως το κεντρικό εισαγωγικό βήμα αποδόμησης αμινοξέων.

Key figures

• Alexander Braunstein
• Esmond Snell
• Hans Krebs

Seminal works

• wu-2009

Frequently asked questions

Γιατί η τρανσαμίνωση είναι συνήθως το πρώτο βήμα στη διάσπαση ενός αμινοξέος;

Διαχωρίζει καθαρά την αζωτούχο αμινομάδα από τον ανθρακικό σκελετό μεταφέροντάς την σε ένα κετοξύ, έτσι ώστε το κύτταρο να μπορεί να διαθέσει το άζωτο και να επαναχρησιμοποιήσει τον άνθρακα ανεξάρτητα.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ γλυκογενετικών και κετογενετικών αμινοξέων;

Τα γλυκογενετικά αμινοξέα αποδομούνται σε μεσοπροϊόντα που μπορεί να μετατραπούν σε γλυκόζη, ενώ τα κετογενετικά αποδίδουν ακετυλο-CoA ή πρόδρομες ενώσεις κετονικών σωμάτων· ορισμένα αμινοξέα ανήκουν και στις δύο κατηγορίες.