AMİNOASİT METABOLİZMASI

1. AMİNOASİT METABOLİZMASI UZM. DR. OKHAN AKIN

2. Protein Döngüsü • Sağlıklı kişilerde yapım, yıkım hızı birbirine eşittir. Turnover hızı proteinin cinsine göre değişir. Sindirim enzimleri ve plazma proteinleri gibi hücre dışı alanda görev yapan proteinler çabuk yıkılırken (t ½ = saat, gün), kollajen gibi yapısal proteinler dayanıklıdır (t ½ = ay, yıl). • Kimyasal yapısı okside olmuş olan veya ubikitin (ısıya dirençli küçük protein) ile birleşmiş olan bazı proteinler daha önce ykılırlar. Ubikitin yıkılacak proteinleri işaretlemekte kullanılamktadır. Ayrıca prolin, glutamat, serin, treonin dizesi (PETS dizesi) bakımından zengin proteinler daha çabuk yıkılırlar.

3. Besinsel proteinlerin biolojik değeri: • Diyetsel proteinin biyolojik değerinin olabilmesi için, tüm esansiyel aminoasitleri içermesi gerekir. Herhangi bir aminoasit olmadığında protein sentezi sona erer. • Genelde hayvansal proteinler yüksek biyolojik değere sahiptir. Bunun en belirgin istisnası esansiyel aminoasit olan triptofanı içermeyen jelatindir. Jelatinin biyolojik değeri yoktur. Bitkisel proteinlerde düşük biyolojik değere sahiptir.

4. Serbest aa’ler Serbest aa’ler Polipeptidler Dipeptidler tripeptidler Oligopeptidler Pepsin (mide) fenilalanin-tirozin-triptofan (C) Tripsin (lys-arg-C-) Kimotripsin (phe-tyr-trp-C-) Elastaz (nötral aa-C-) Karboksipeptidaz A-B Katepsin (alanin v.b küçük aa’ler) (pankreas) Dipeptidaz tripeptidaz endopeptidaz aminopeptidaz (enterosit)

5. Mideden salınan diğer aspartat proteinazlar katepsin D ve katepsin E’dir. Katepsinler aynı zamanda lizozomlarda da yer alır ve glikoproteinlerin yıkımına katılır. • Rennin bebeklerde sindirimde önemlidir. Rennin Ca+2 varlığında sütün kazeinini parakazeine çevirir ve sonra buna pepsin etki eder.

7. Pankreas kendini bu proteolitik enzimlerden korumak amacı ile zimojen formda salgılama yapmaktadır. Ayrıca kendini korumak amacı ile ek olarak “pankreatik tripsin inhibitör” denilen bir maddede salgılamaktadır. • Endopeptidazlar:Tripsin, Kimotripsin, Pepsin, Katepsin, Elastaz • Ekzopeptidazlar:Karboksipeptidaz A,B ve aminopeptidaz

8. Karboksipeptidaz A-B pankreas kaynaklı, Zn taşıyan enzimlerdir. Peptid zincirinin karboksiterminalinden koparma yapar. • Aminopeptidazlar aminoterminalinden koparma yapar ve enterosit kökenlidir. • Diğer enterosit kökenli ekzopeptidaz prolidazdır. Proline bağlı terminal peptid bağını koparır. • Aminopeptidazlar, dipeptidazlar, tripeptidazlar ve endopeptidazlar entrosit kökenlidir. Bu enzimlerin etsikisiyle serbestleşen aminoasidler ince barsak epitel hücrelerince absorbe edilirler ve viluslardaki kapillerlere geçip karaciğere taşınırlar.

9. Serin proteazlar: • Peptid bağlarını parçalamakta substrat bağlama bölgelerinde bulunan aktif serin rezidülerini kullanan enzimlere verilen isimdir. • Peptid bağlarını parçalamakta sisteinleri kullananlara (sistein proteaz), aspartatı kullananlara (aspartat proteaz) veya metal iyonlarını kullananlara (meyallo proteaz) denilir. • Serin proteazlar inaktif “zimojen” formunda salınırlar ve serin proteazlarla aktiflenirler.

12. Serin proteazlar görevlerini yaptıktan sonra çeşitli proteinler tarafından inhibe edilirler. Serin proteaz inhibitörlerine “serpin”ler adı verilir.

13. Aminoasidlerin hücre içine taşınması aktif transportla olmaktadır. • Çünkü aminoasidlerin hücre içi konsantrasyonu hücre dışı konsantrasyonundan yüksektir. Bazı kısa di- ve tripeptidler de direkt olarak emilebilmektedir. Farklı aminoasidler için 7 ayrı transport mekanizması bilinmektedir: • Nötral aminoasidler (kısa polar yan zincirli): alanin, serin, treonin • Nötral aminoasidler (aromatik veya hidrofobik yan zincirli): Fenilalanin, trozin, metionin, val, lösin, izolösin • İminoasidler: Prolin, hidroksiprolin • -aminoasidler:-alanin, taurin • Bazik aminoasidler ve sistin (lizin, arjinin, sistin) • Asidik aminoasidler: Aspartik asid, glutamik asid • Di- ve tripeptidler

15. L-aminoasidlerin transportu konsantrasyon gradiyentine karşı olarak gerçekleştirilen aktif bir prosesdir ve Na’a bağlı kotransport sistemi ile gerçekleştirilir. • Aminoasidlerin transportunun kalıtımsal defektleri gastrointestinal sistem ve renal tübüllerde epitelial hücreleri etkilemektedir. Hartnup hastalığında nötral aminoasidlerin transportu, sistinüride ise ornitin ve sistin aminoasidlerinin transportu etkilenmiştir. • Sistinozis RES, Kİ, böbrek ve gözde lizozomal sistin içeriğinin arttığı intrasellüler transport defektidir.

16. -GLUTAMİL CYCLE • Aminoasidlerin hücreye girişlerinin açıklanmasında -glutamil cycle kullanılmaktadır. Bu siklusda 6 enzim (1 adet membrana bağlı, 5 adet sitozolik), glutatyon(GSH, -glutamilsisteinglisin) ve her aminoasid için 3 ATP gereklidir. Bu siklusda GSH’ın tüketimi gerçekleşmez. Membrana bağlı olan enzim GGT’dır ve temel olarak bu enzim sayesinde transport gerçekleştirilir.

17. -glutamilAminoasid Aminoasit 5-oxoprolin Sisteinilglisin -glutamil transferaz Glutamat Aminoasid Sistein -glutamilsistein sentetaz Glisin -glutamilsistein GSH GSH sentetaz ATP ADP -Glutamil siklusu

18. AMİNOASİD YIKIMI: • Aminoasidlerden azotun uzaklaştırılması: • Amino gruplarının en önemli kaynağı diyetle alınan proteinlerdir. Bir çok aminoasid karaciğerde metabolize edilir. Bu yolla elde edilen amonyağın bir kısmı tekrar bazı biyosentetik reaksiyonlarda kullanılır. Fazla miktarı ise atılmak üzere üreye çevrilir ve böbrekler aracılığı ile direkt olarak atılır. Ekstrahepatik dokularda üretilen amonyakda karaciğere gelerek karaciğerde metabolize edilir. • Azot metabolizmasında glutamat ve glutamin aminoasidleri merkezi bir rol oynar.

19. H Aminoasidin karboniskeleti Veya ketoasid COOH C H3N+ R Amino grubu amonyak kaynağıdır

20. Aminoasid yıkımında temel problem amino gruplarının uzaklaştırılıp yok edilmesidir. Bu amaçla insanda temel iki sistem kullanılmaktadır: • Direkt deaminasyon • Transdeaminasyon • Aminoasidlerin amino gruplarını yok edilmesinde vücutta temel kullanılan sistem transdeaminasyondur. Direk deaminasyon yöntemleri çok fazla kullanılan yöntemler değildir.

21. Direkt deaminasyon sistemleri: • Aminoasid katabolizmasında ilk basamak -amino gruplarının yok edilmesidir. Bu olay oksidatif ve nonoksidatif olabilir. • Oksidatif (örnek glisin oksidaz) ve nonoksidatif deaminasyonu (örnek serin, treonin dehidrataz) içeren direk aminsizleştirme reaksiyonları insanda önemsiz olan reaksiyonlardır. Aminoasidlerin amino gruplarının uzaklaştırılmasında esas yol transaminasyondur.

22. Transdeaminasyon sistemi: • Transdeaminasyon sistemi iki temel reaksiyondan oluşmaktadır: • Transaminasyon • Deaminasyon • Karaciğerde bu sistem sitozolde gerçekleşen transaminasyon ve mitokondride gerçekleşen deaminasyonu içerir.

23. 1. TRANSAMİNASYON: Karaciğere ulaşan L-aminoasidlerin katabolizmasında 1. Basamak aminoasidlerden amino grubunun aminotransferaz veya transaminazolarak adlandırılan enzimlerle uzaklaştırılmasıdır. Transaminazlar (aminotransferaz) insan organizmasında yaygın olarak dağılmışlardır ve özellikle kalp kası, karaciğer, iskelet kası ve böbrekteaktiftirler. Genel reaksiyon:

24. Amino asit Keto asit Piridoksal fosfat Aminotransferaz Amino asit Keto asit

25. Ketoasid Aminoasid H H H3N+ C COO- C COO- R1 R1 AMİNOTRANSFERAZ PP H H C COO- H3N+ C COO- R1 R2 Ketoasid Aminoasid

26. Aminoasid H H -KETOGLUTARAT H3N+ C COO- C COO- R1 R1 AMİNOTRANSFERAZ PP H H C COO- H3N+ C COO- R1 GLUTAMAT R2 Ketoasid

27. -Ketoglutarat / L-glutamat çifti tüm transaminasyon reaksiyonlarında amino grup alıcı / verici çiftini oluşturur. • Bu transaminasyon reaksiyonunda -amino grubu -ketoglutaratın -C atomuna aktarılır ve -ketoasit ve L-glutamat oluşur. Glutamatta biyosentetik reaksiyonlarda amino grubu vericisi olarak rol oynar. • Tüm aminoasidlerin amino grupları bu reaksiyon sayesinde -ketoglutaratta toplanıp glutamat oluşmaktadır. -ketoglutaratın aa metabolizmasındaki tek rolü aa’lerden amino grubu alarak glutamat haline geçmektir.

28. Lizin, treonin, prolin ve hidroksiprolin aminoasidleri hariç tüm aminoasidler transaminasyona uğrar. Serin ve treonin aminoasidleri serin dehidrataz ve treonin dehidrataz enzimleri ile direkt olarak deamine edilmektedir.

29. Hücreler çeşitli aminotransferaz enzimleri içermektedir: • En önemli iki tanesi AST ve ALT’dir. • Tüm aminotransferazlar prostetik grup olarak piridoksal fosfata (PP)bağlıdır. PP aynı zamanda rasemizasyon ve dekarboksilasyon reaksiyonlarında da rol oynar.

30. Alanin + -ketoglutarat pirüvat + glutamat ALT+PP ALT:Glutamat pirüvat transaminazda denir (SGPT). Bir çok dokuda yer alır. Alaninin amino grubunu -KG’a aktarır. Sonuçta pirüvat ve glutamat oluşur.

31. AST: Glutamat oksaloasetat transaminazda (SGOT) denir. • Bu enzimin katalizlediği reaksiyon diğer aminotransferazlardan farklı olarak, glutamat oluşum yönünde değil, aspartat oluşum yönünde işler. • AST aminoasid katabolizması sırasında amino gruplarını glutamattan oksaloasetata transfer eder ve oluşan aspartat bir azot kaynağı olarak üre döngüsüne girer. Üre molekülünün 2 tane azotu vardır. Bunlardan biri serbest amonyaktan diğeri aspartattan sağlanmaktadır. Bu nedenle AST reaksiynu aminoasid katabolizmasında daha çok aspartat oluşum yönünde çalışmaktadır.

32. Aspartat + -ketoglutarat AST+PP Oksaloasetat + glutamat

33. 2. DEAMİNASYON Aminoasidlerin çoğunun -amino grubu -ketoglutarat ile transaminasyona girerek glutamatta toplanır. Hepatositte glutamat sitozolden mitokondriye glutamat taşıyıcıları ile taşınır ve mitokondride glutamat dehidrogenaz ile oksidatif deaminasyona uğrar ve -ketoglutarat ve amonyak (amonyum iyonları) oluşur. Aminotransferaz ve glutamat dehidrogenazın etkisi transdeaminasyon olarak adlandırılır.Çok az bir aminoasid transdeaminasyonu atlar ve direkt olarak oksidatif deaminasyona uğrar. Glutamatın deaminasyonu ile oluşan -ketoglutaratda TCA’da glukoz sentezinde kullanılır.

34. NAD(P) NAD(P)H+H Glutamat -KG + NH3+ Glutamat dehidrogenaz Hem NAD hemde NADP’yi koenzim olarak kullanabilen nadir enzimlerdendir. • Allosterik bir enzimdir. • Reaksiyonun yönü glutamat, -ketoglutarat ve NH3 konsantrasyonuna ve okside redükte koenzim oranlarına bağlıdır. Örneğin proteinli diyet sonrası enzim yönü aminoasid yıkımı yönüdür. • ATP ve GTP enzimin allosterik inhibitörleri ike GDP ve ADP ise aktivatörleridir. • Hücre içi alanda GDP ve ADP yüksek yani enerji düzeyi düşük ise glutamat dehidrogenaz ile aminoasid yıkımı artar ve elde edilen -ketoglutarat TCA için substrat olarak kullanılır.

35. Karaciğer: • Aminoasid katabolizmasında major rol oynayan organdır. Lösin, izolösin ve valin hariç tüm aminoasidlerin katabolizmasına katılır. Ayrıca nonesansiyel aminoasidlerin uygun karbon zincirlerinden de sentezinden sorumludur. • Gastrointestinal sistemde ve diğer dokularda çeşitli deaminasyon reaksiyonları ile oluşan amonyak karaciğerde üreye çevrilip detoksifiye edilir ve idrarla atılır. • Üre siklusu reaksiyonlarıda sadece karaciğer mitokondrilerinde gerçekleşmektedir

36. İskelet kası: * Vücutta en fazla yer kaplayan dokulardan biridir ve nonhepatik aminoasid katabolizmasının önemli bir kısmını gerçekleştirir. * Kas doku, dolaşımdan aminoasidleri spesifik proteinlerinin sentezi için alır ve alanin, aspartat, glutamat ve dallı zincirli aa’lerin katabolizmasına katılır. Nitrojen oluşturan -aa’lerin %50 sini alanin ve glutamin oluşturur.

37. Ince barsak • Ince barsak mukoza hücreleri diyet kaynaklı glutamin, glutamat, asparajin ve aspartatı CO2 ve H2O’ya kadar yıkabilir veya laktat, alanin, sitrüllin ve NH3’e çevirebilir. Bu bileşikler ve metabolize olmayan diyet aminoasidleri daha ileri metabolizma için kan yolu ile KC’e taşınırlar.

38. Böbrekler: • Serin ve küçük fakat önemli miktarda alanini dolaşıma salarlar ve dolaşımdan glutamin, prolin ve glisini alırlar. Aminoasidler renal glomerülden filtre edililer ve renal tübülüslerde tekrar reabsorbe edilirler. • Glutamin amonyak sağlayarak asit baz dengesinde önemli rol oynar ve böbreklerden NH4 halinde atılır. Glutamin böbrek tübülüs mitokondrilerinde glutaminaz ve gulatamt dehidrogenaz enzimleri ile iki mol amonyak sağlar. Glutaminin karbon iskeleti de böbreklerin kapasitesi ile orantılı olarak glukoneogenezde kullanılır.

39. Beyin: Önemli miktarda valin alır ve belki de dallı-zincirli aa’lerin major yıkılım yeridir. Glutamat, aspartat ve glisin nörotransmitterdir. Glutamat GABA’nın, tirozin dopamin, norepinefrin ve epinefrininnin, triptofanda seratoninin öncülleridir. Nörotransmitterlerin yıkımı ile oluşam amonyak, glutamin halinde beyinden uzaklaştırılır.

40. Valin Lösin İzolösin Aspartat -ketoglutarat GLUTAMAT Dallı zincirli ketoasidler Oksaloasetat Glutamat dehidrogenaz Problem -ketoglutarat NH3 KAS Oksaloasetat

41. NH3 Glutamat ALANİN -KG PİRÜVAT GLUTAMİN SENTAZ GLUKOZ GLUKOJEN • . Barsaklara gönderilir ve enterositlerde yakıt molekülü olarak kullanılır • . Böbreklere gönderilir ve böbreklerde glutaminaz ve glutamat dehidrogenaz ile parçalanarak 2 mol serbest amonyak elde edilir ve bu amonyaklar asit baz regülasyonunda kullanılır Glutamin KAS

42. Alanin Tirozin Aspartat Sistein Ornitin -ketoglutarat GLUTAMAT Pirüvat -ketoasit Oksaloasetat Pirüvat Glutamat TRANSAMİNASYON KARACİĞER-SİTOPLAZMA

43. Prolin Triptofan Histidin Serin Treonin Metionin NH3 NH3 NH3 NH3 NH3 NH3 Pirüvat -ketoasit Oksaloasetat Pirüvat Glutamat Glutamat DEAMİNASYON KARACİĞER-SİTOPLAZMA

44. GLUTAMAT GLUTAMAT NH3 NH3 GLUTAMAT NH3 NAD(P)H+H Glutamat dehidrogenaz NAD(P) NH3 NH3 NH3 NH3 NH3 -KG NH3 NH3 KARACİĞER-MİTOKONDRİ

45. N-ASETİL GLUTAMAT ARJİNİN KARBOMOİL FOSFAT SENTAZ-1 NH3 KARBOMOİL FOSFAT HCO3 2ATP 2ADP KARACİĞER-MİTOKONDRİ

47. Aspartat ATP AMP Sitrüllin Sitrüllin Arjininosüksinat Arjininosüksinat sentaz Arjininosüksinat liyaz Karbomoil fosfat Ornitin transkarbamoliaz Fumarat Ornitin Ornitin Arjinin Arjinaz Üre

49. Üre, aminoasidlerden elde edilen -amino gruplarının temel atılım şeklidir ve idrarın azot içeren bileşiklerinin %90’nını oluşturur.Üre molekülünün içerdiği azotlardan birisi serbest NH3’den diğeri aspartattan gelir. Üre karaciğerde oluşur ve böbreklerle atılır.

50. Üre siklusu kontrolü: • Diyet primer olarak proteinlerden oluştuğu zaman, aminoasidlerin karbon iskeletleri metabolik yakıt olarak kullanılır ve fazla miktardaki amino grubundan yüksek miktarda üre elde edilir. Uzun süreli açlıkta metabolik enerji olarak kas proteinleri kullanılmaya başlayınca da üre sentezi artmaktadır.