Metabolizam proteina

doc.dr.sc. Vedrana Čikeš Čulić

protein

oligopeptidi slobodne aminokiseline

peptidaze

mali

peptidi

aminokiseline

prijenos pomoću nosača

neutr. bazne kisele

pepsin,

pankreatične

proteaze

unutarstanične peptidaze

aminokiseline

kapilara

proteini

peptidi

di- i tripeptidi se

ko-prenose s H+ aminokiseline se

ko-prenose s Na+

mali peptidi se

prenose intaktni

putem transcitoze

peptidaze

isto kao

i šećeri

rijetko

krv u jetru

Tijelo održava relativno veliku količinu AK u krvi, čak i kod malog unosa proteina hranom

Tako se osigurava stalna dostupnost pojedinih AK za tkiva za sintezu proteina, neurotransmitera i drugih spojeva s dušikom

Kod normalne, dobro uhranjene osobe, 300-600 g / dan proteina se razgradi

100 g / dan proteina se unosi hranom

Tkiva koriste AK za stalnu sintezu novih proteina (300-600 g) da zamijene one šta su razgrađeni

AMINOKISELINE U

KRVI

proteini iz

hrane

sinteza novih

proteina

purini, pirimidini,

hem,

neurotransmiteri,

hormoni i ostali

funkcionalni

produkti s

dušikom

metaboliti u

urinu

endogeni

proteini

urea

(urin)

glukoza iz hrane

lipid

glukoza

C

N

NH4+

ATP

CO2 ATP

glikogen

1

2

3 4

5

6

7

8

6

Prekursori proteina, ali služe za sintezu neproteinskih spojeva, dušičnih spojeva (hem, purini, pirimidini, neurotransmiteri)

10/20 sintetizira tijelo (NE-ESENCIJALNE), ostale su ESENCIJALNE

Samo L--aminokiseline dolaze u proteinima

7

α – aminoskupina (ili

imino)

dvije funkcionalne

skupine

karboksilna skupina

amino skupina

R- aminokiselinski

ostatak razlikuje jednu

od druge AK

dvojni “zwitter” ion

(fiziološki pH)

STRUKTURA AMINOKISELINA

8

9

-R-SKUPINE ODREĐUJU SVOJSTVA

AMINOKISELINA

FUNKCIONALNE SKUPINE ODREĐUJU

KEMIJSKE REAKCIJE AMINOKISELINA

10

11

Razlikuju se 3 glavne skupine,

ovisno o POBOČNOM lancu

Hidrofoban (NEPOLARAN)- unutarnji

dio st. membrana

Nenabijen hidrofilan (POLARAN)

Nabijen hidrofilan (POLARAN)

12

NETOPLJIVE U VODI

E E E

AMINOKISELINE SA ALIFATSKIM BOČNIM LANCEM

13

E

AROMATSKE AMINOKISELINE

E

14 NANABIJENE POLARNE AK

AMINOKISELINE S ALIFATSKIM BOČNIM LANCEM

KOJI SADRŽI HIDROKSILNU SKUPINU

E

15

AMINOKISELINE S KISELIM BOČNIM LANCEM I

NJIHOVI DERIVATI

16 NABIJENE POLARNE AK ~pH neutralan

NENABIJEN NA pH= 7.4;

IMIDAZOL pKa=6.0

AMINOKISELINE S BAZIČNIM BOČNIM LANCEM

E E

18

Kisele skupine (-COOH, NH4+) donori H+

Bazične skupine (-COO-, -NH3) akceptori H+

SVAKA KISELA ILI BAZIČNA SKUPINA IMA SVOJ

pKa

19

pKa vrijednosti su mjera

jakosti slabih kiselina

Vrijednosti pKa mijenjaju se s

okolinom

20

21

pK1 + pK2

pI =

2

Izoelektrična točka pI

pH kod kojeg se aminokiselina

nalazi u obliku dipolarnog iona

22

-R se mijenja nakon ugradnje AK u protein

OKSIDACIJA -SH u Cys stvara DISULFIDNE VEZE

(stabilizira strukturu sekretornih proteina)

HIDROKSILACIJA Prol, Lys (stabilizira kolagen,

potreban vitamin C)

23

GLIKOZILACIJA (na Ser, Thr, Asn; za sintezu

sekrtornih i membranskih proteina;

glikozilacija Hb u HbA1c, u slabo

kontroliranom dijabetesu)

FOSFORILACIJA (Ser, Thr, Tyr; modificira

aktivnost mnogih ebnzima (npr. glikogen

sintetaze)

24

Najznačajnija reakcija je

STVARANJE PEPTIDNE VEZE

25

Peptidna veza

N-terminus C-terminus

Aminokiselina 1 Aminokiselina 2

26

dipeptid, tripeptid: 2, odnosno 3 aminokiselinska ostatka

oligopeptid: od 3 do 10 aminokiselinskih ostataka

polipeptid: više od 10 aminokiselinskih ostataka

27

sastoje se od jednog ili više polipeptidnih lanaca

svaki lanac sadrži od 40 do preko 4000 aminokiselinskih ostataka

28

Dalton (Da): jedinica mase gotovo jednaka

masi atoma vodika (1.000)

Kilodalton (kDa): jedinica mase 1000 puta

veća od jednog daltona

29

Primarna struktura

slijed aminokiselina

Sekundarna struktura

α - uzvojnica

β - nabrani list

Tercijarna struktura

trodimenzionalna struktura

polipeptidnog lanca

Kvaterna struktura

3D-struktura složenog proteine (dvije ili

više polipeptidnih podjedinica)

30

Nekovalentne interakcije

vodikove veze

elektrostatske interakcije

hidrofobne interakcije

Kovalentne veze

disulfidne veze

31

Denaturacija: narušavanje trodimenzionalne strukture proteina uz gubitak biološke aktivnosti.

ekstremne pH vrijednosti (kiseli ili bazični medij)

povišena temperatura

32

nativni protein denaturirani protein

33

Prijenos i pohrana (hemoglobin i mioglobin) Enzimska kataliza

Koordinirano kretanje (mišićni proteini)

Imunološka zaštita (imunoglobulini)

Hormonska regulacija (somatotropin, inzulin)

Mehanička čvrstoća (kolagen)

Stvaranje i provođenje živčanih impulsa (receptori)

Kontrola ekspresije gena (represori, aktivatori)

Odgradnja AMINO SKUPINE

- transaminacija

- oksidacijska deaminacija

Razgradnja

UGLJIKOVODIČNOG LANCA

Višak NH4+ se kod ptica, zmija,

guštera pretvara u MOKRAĆNU KISELINU i izlučuje – urikotelne

životinje

Višak NH4+ se kod mnogih vodenih

životinja izravno izlučuje kao NH4

+ - amonotelne životinje

Višak NH4+ se kod većine

kopnenih životinja pretvara

u UREU i izlučuje - ureotelne

životinje

Kod pH 7,4 prevladava protonirani oblik NH4+

NH4+ ne prolazi kroz membrane

slobodni - plinoviti NH3 lako prolazi kroz membrane i može doći u mozak i druga tkiva

U krvi i stanicama egzistira u ravnoteži:

NH3 + H+ NH4+

NH4+ je jako toksičan – mozak !!

Enzimi: aminotransferaze, ALT, AST

Prostetska skupina: piridoksal fosfat, PLP

!!! Reakcije reverzibilne – uključenost

u sintezu i razgradnju AK

PLP piruvat

glutamat

alanin

alfa-keto glutarat

Enzim: glutamat dehidrogenaza, GLDH

Mitohondrij

Koenzim: NAD+ ili NADP+

!!! Reakcija reverzibilna

alfa-ketoglutarat

oksidativna

deaminacija

transaminacija

keto-kiselina bilo koja aminokiselina

glutaminska kiselina

NH4+ nastaje u svim tkivima iz AK, purinskih

i pirimidinskih baza te iz drugih spojeva s

dušikom

Transport NH4+ do jetre

putem netoksičnih

metabolita

glutamat

glutamin

alanin

GLUTAMINSKI CIKLUS

ADP + Pi + glutamin + H+ ATP + NH4+ + glutamat

enzim: glutamin sintetaza

glutamin – NIJE toksičan – krvlju putuje u jetru

glutamin + H2O

enzim: glutaminaza

glutamat + NH4+

ALANINSKI (glukoza-alanin)

CIKLUS

NH4+ nastao u mišićima prenosi se iz mišića u

jetru u obliku ALANINA i pretvara u UREU

C atomi iz alanina (piruvat) koriste se u

glukoneogenezi za sintezu glukoze i šalju

u mišiće koji intenzivno rade

Sinteza - samo u jetri

Izlučuje se putem bubrega (urinom)

Sinteza povezana s potrošnjom energije (ATP)

Zašto sinteza uree?

Neutralna

Lako topljiva u vodi

Nije toksična

fumarat

karbamoil

fosfat citrulin

argininosukcinat

aspartat

ornitin

arginin

CITOSOL MITOHONDRIJSKI

MATRIKS

AMP

ATP

ADP

ATP

PPi

Pi 2

2

+

+

Sinteza uree: utrošak 3 ATP, ali 4 energijom bogate

veze

CO2 + NH4+ + 3ATP + aspartat + 2H20

urea + 2 ADP + 2Pi + AMP + PPi + fumarat

Stehiometrija urea ciklusa

glukoza

fosfoenol-

piruvat

piruvat

acetil CoA acetoacetil CoA

citrat fumarat

oksalacetat

sukcinil

CoA α-keto-

glutarat

alanin

cistein

glicin

serin

treonin

triptofan

arginin

glutamat

glutamin

histidin

prolin

aspartat

fenilalanin

tirozin

izoleucin

metionin

treonin

valin

asparagin

aspartat

izoleucin

leucin

triptofan

leucin

lizin

fenilalanin

triptofan

tirozin

C3

C4

C5

GLUKOGENE AK

KETOGENE AK

FENILALANIN TIROZIN

HOMOGENTIZAT p-hidroksifenilpiruvat

4-maleilacetilacetat 4-fumarilacetilacetat

FUMARAT ACETILACETAT ALKAPTONURIJA

FENILKETONURIJA

PARKINSONOVA BOLEST

TIROZIN

L-DOPA

dopamin

norepinefrin

epinefrin

tirozin-3-monooksigenaza

(tirozin hidroksilaza)

tetrahidropiopterin

dekarboksilaza L-

aromatskih

aminokiselina

piridoksalfosfat

dopamin beta-hidroksilaza

askorbat

feniletanolamin-N-

metiltransferaza

S-adenosilmetionin

X

TIROZIN

TIROZIN

TIROKSIN (T4)

TRIJODTIRONIN (T3)

2 tirozina + 4 I

2 tirozina + 3 I

TIROZIN

tirozin-3-monooksigenaza

(tirozin hidroksilaza)

DOPA DOPAKINON

DOPAKROM

fenol-

oksidaza

polimeraza

X

X

HISTAMIN HISTIDIN DEKARBOKSILAZA x