เมแทบอลิซึมของโปรตีนและกรดอะมิโน

เมแทบอลิซึมของโปรตีนและกรดอะมิโนเป็นสาขาหนึ่งของเมแทบอลิซึมที่ควบคุมวิธีการสร้างกรดอะมิโนโปรตีน 20 ชนิด การรวมตัวกันเป็นโปรตีน การสลายตัว และการกำจัดไนโตรเจนที่กรดอะมิโนเหล่านั้นนำพามา ซึ่งเชื่อมโยงคำสั่งทางพันธุกรรมสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนเข้ากับเศรษฐกิจพลังงานของเซลล์และการจัดการของเสียไนโตรเจนของร่างกาย

Definition

เมแทบอลิซึมของโปรตีนและกรดอะมิโนประกอบด้วยการสังเคราะห์กรดอะมิโนและโปรตีน การสลายตัวของกรดอะมิโนพร้อมกับการถ่ายโอนและการกำจัดไนโตรเจนในหมู่อะมิโน และการบูรณาการวิถีเหล่านี้เข้ากับเมแทบอลิซึมของพลังงานและการขับถ่ายไนโตรเจน

Scope

เนื้อหาส่วนนี้จะนำผู้อ่านไปสู่กระบวนการหลักที่เกี่ยวข้องกับกรดอะมิโนและโปรตีนที่สร้างขึ้นจากกรดอะมิโนเหล่านั้น ได้แก่ การสลายตัวและการถ่ายโอนหมู่อะมิโน การสังเคราะห์กรดอะมิโนที่ไม่จำเป็น การประกอบพอลิเปปไทด์ในการแปลรหัส การเปลี่ยนไนโตรเจนส่วนเกินเป็นยูเรีย และการจัดการไนโตรเจนและแอมโมเนียในวงกว้าง โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นชีวเคมีอ้างอิง ไม่ใช่แนวทางทางคลินิก

Sub-topics

• การสังเคราะห์กรดอะมิโน
• การสลายกรดอะมิโนและการถ่ายโอนหมู่อะมิโน
• เมแทบอลิซึมของไนโตรเจนและการจัดการแอมโมเนีย
• การสังเคราะห์และการแปลรหัสโปรตีน
• วงจรยูเรีย

Core questions

• กรดอะมิโนถูกสังเคราะห์ขึ้นได้อย่างไร และกรดอะมิโนชนิดใดที่ต้องได้รับจากอาหาร?
• โครงสร้างคาร์บอนของกรดอะมิโนถูกนำกลับมาใช้เพื่อพลังงานหรือการสังเคราะห์ทางชีวภาพได้อย่างไรเมื่อหมู่อะมิโนถูกกำจัดออกไปแล้ว?
• รหัสพันธุกรรมถูกแปลเป็นลำดับกรดอะมิโนที่กำหนดได้อย่างไร?
• ไนโตรเจนที่ถูกปล่อยออกมาจากการสลายตัวของกรดอะมิโนถูกเปลี่ยนเป็นรูปแบบที่ไม่เป็นพิษและสามารถขับถ่ายออกไปได้อย่างไร?

Key concepts

• กรดอะมิโนจำเป็นและไม่จำเป็น
• ทรานส์อะมิเนชัน (Transamination) และดีอะมิเนชันแบบออกซิเดทีฟ (oxidative deamination)
• รหัสพันธุกรรมและการแปลรหัส
• สมดุลไนโตรเจน
• วัฏจักรยูเรีย
• กรดอะมิโนที่สร้างกลูโคส (Glucogenic) และกรดอะมิโนที่สร้างคีโตน (ketogenic)

Mechanisms

กรดอะมิโนอยู่ตรงทางแยกของเมแทบอลิซึม หมู่อะมิโนของกรดอะมิโนส่วนใหญ่จะถูกส่งผ่านกระบวนการทรานส์อะมิเนชัน (transamination) ไปยังสารพาหะบางชนิด เช่น กลูตาเมต ซึ่งไนโตรเจนจะถูกปล่อยออกมาในรูปของแอมโมเนีย และในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะถูกเปลี่ยนเป็นยูเรียเพื่อขับถ่ายออกไป โครงสร้างคาร์บอนของกรดอะมิโนจะเข้าสู่วิถีหลักในฐานะสารตั้งต้นของกลูโคส (glucogenic) หรืออะเซทิล-โคเอ (acetyl-CoA) และสารตั้งต้นของคีโตนบอดี (ketogenic) ในทางกลับกัน กรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นจะถูกสร้างขึ้นจากสารตัวกลางเหล่านี้ และกรดอะมิโนทั้ง 20 ชนิดจะถูกจับกับทีอาร์เอ็นเอ (tRNA) และอ่านจากแม่แบบเอ็มอาร์เอ็นเอ (mRNA) ในระหว่างการแปลรหัสเพื่อสร้างโปรตีน

Clinical relevance

ความเข้าใจในวิถีเหล่านี้เป็นพื้นฐานที่ช่วยให้แพทย์ตีความความผิดปกติของการจัดการไนโตรเจนและความผิดปกติแต่กำเนิดของเมแทบอลิซึมกรดอะมิโน และวิธีการประเมินภาวะโภชนาการและการหมุนเวียนของโปรตีน บทความนี้เป็นภาพรวมอ้างอิงที่อธิบายว่าวิถีเหล่านี้ทำงานอย่างไร ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

ชีวเคมีที่สรุปไว้ในที่นี้เป็นความรู้ที่ได้รับการยอมรับในตำราเรียนและได้รับการรวบรวมไว้ในเอกสารอ้างอิงและบทความวิชาการมาตรฐาน ในกรณีที่วิถีเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการปฏิบัติทางคลินิก เช่น ความผิดปกติของวัฏจักรยูเรีย จะมีแนวทางปฏิบัติที่เป็นเอกฉันท์จากผู้เชี่ยวชาญ ซึ่งจะอธิบายไว้ในหัวข้อที่เกี่ยวข้องแทนที่จะเป็นในที่นี้

History

สาขาวิชานี้พัฒนามาจากการศึกษาการขับถ่ายไนโตรเจนและเคมีของโปรตีนในศตวรรษที่ 19 และ 20 การอธิบายวัฏจักรยูเรียในปี 1932 โดย Hans Krebs และ Kurt Henseleit ได้นำเสนอวัฏจักรเมแทบอลิซึมแรกและกรอบการทำงานสำหรับการกำจัดไนโตรเจน การถอดรหัสพันธุกรรมในทศวรรษ 1960 ได้เชื่อมโยงลำดับกรดอะมิโนเข้ากับแม่แบบกรดนิวคลีอิก และการศึกษาเอนไซม์วิทยาหลายทศวรรษได้ทำแผนที่การสังเคราะห์และการสลายตัวของกรดอะมิโนแต่ละชนิด

Key figures

• Hans Krebs
• Kurt Henseleit
• Marshall Nirenberg

Seminal works

• wu-2009
• rennie-tipton-2000

Frequently asked questions

อะไรคือความแตกต่างระหว่างกรดอะมิโนจำเป็นและกรดอะมิโนไม่จำเป็น?

กรดอะมิโนไม่จำเป็นสามารถสังเคราะห์ได้โดยร่างกายจากเมแทบอไลต์อื่น ๆ ในขณะที่กรดอะมิโนจำเป็นไม่สามารถสร้างขึ้นได้ในปริมาณที่เพียงพอและต้องได้รับจากอาหาร

เกิดอะไรขึ้นกับไนโตรเจนเมื่อกรดอะมิโนถูกสลาย?

หมู่อะมิโนจะถูกถ่ายโอนและสุดท้ายจะถูกปล่อยออกมาในรูปของแอมโมเนีย ซึ่งในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะถูกเปลี่ยนเป็นยูเรียผ่านวัฏจักรยูเรียและขับถ่ายออกไป เพื่อรักษาระดับแอมโมเนียที่เป็นพิษให้ต่ำ