Protein ve Amino Asit Metabolizması

1. Protein ve Amino AsitMetabolizması Dr. Suat Erdoğan Aralık 2013

2. Içerik • Proteinlerin önemi • Sindirimi • Amino asitlerin yıkımı • Transaminasyon ve deaminasyon reaksiyonları • Amonyak açığa çıkışı • Üre sentezi • Karbon iskeletin metabolizması • Amino asit metabolizmasında bazı hastalıklar

3. Proteinli beslenme • En önemli beslenme problemi, diyetle az protein alınmasıdır. • Az gelişmiş ülkelerin başlıca beslenme sorunudur. • Gelişmekte olan ülkeler ile gelişmiş ülkelerde ise özellikle hamile, emzirmekte olan kadınlar, yeni doğan bebekler, fakir ve yaşlı kişiler ile hayat tarzı olarak proteince zengin gıdaları almayan kişiler arasında görülmektedir.

4. Diyetteki proteinlerin başlıca fonksiyonları • Içerdikleri amino asitler, vücut proteinlerinin sentezi için kullanılırlar. • Amino asitlerin karbon (C) iskeletleri enerji elde etmek üzere okside olabilirler. • Karbon ve azot (N) atomları N içeren metabolitlerin sentezinde kullanılabilirler. • Glikoz gibi N içermeyen moleküllerin sentezinde kullanılabilirler.

6. Proteinler depo edilemez • Karbonhidrat ve lipidlerin aksine proteinler ve amino asitler, vücut tarafından özel hücrelerde depo edilemezler. • Buna karşın proteinler yapısal oluşum, biyokatalizör (enzim), hormon ve büyüme faktörleri gibi şekillerde bütün hücrelerde bulunurlar. • Açlık durumunda, başta albumin olmak üzere çok miktarda plazma proteini, hücre içi enzimler (proteazlar) tarafından amino asitlerine hidroliz olurlar.

7. Proteinlerin sindirimi • Diyetteki proteinler sindirim sistemindeki proteolitik enzimler ve peptidazlar tarafından amino asitlerine parçalanırlar. • Proteinler, ince barsaklardan emilemeyecek kadar büyüktürler bu sebeple amino asitlerine kadar parçalanmaları gerekir. • Ancak çok az miktarda olmak üzere bazı küçük proteinler ve peptitler barsak tarafından doğrudan emilebilirler.

9. Besinsel proteinlerin sindirimi Üç aşamada gerçekleşir • Mide: • Pankreas: • İnce bağırsak:

10. Mide • Proteinlerin mideye geçişi gastrik mukozada G hücrelerinden gastrin salınımını uyarır. Bu da kan yoluyla yine gastrik mukozaya etki ederek parietal hücrelerden HCL, seröz hücrelerden pepsinojen salgına neden olur. • Pepsinojen pepsin’e dönüşür. Pepsin asidik ortamda etkindir ve metiyoninin katıldığı peptit bağlarını yıkımlar.

11. Proteinlerin hidrolizi (sindirimi)

12. Pankreas • Asidik mide içeriği ince bağırsağa gelmesiyle gastrointestinal sistem hormonları olan sekretin ve kolesistokinin salınır. • Pankreasın asiner hücrelerinden endopeptidaz ve karboksipeptidazlar salınır. • Sekretin de bikarbonat salınımını sağlar. • İnce bağırsağa gelen proteinler tripsin, kimotripsin ve elastaz enzimler tarafından daha küçük yapıdaki oligopeptit ve amino asitlere parçalanır.

13. İnce bağırsak • İntestinal (bağırsak) hücre yüzeylerinden salınan aminopeptidazlar ve dipeptidazlar sindirimi sürdürür. • İnce bağırsak epitel hücreleri, serbest amino asitleri ve dipeptitleri absorbe eder. • Hücrelerin sitozolünde dipeptitler amino asitlere yıkılır. • Portal sisteme yalnızca serbest amino asitler geçebilir.

14. Peptidbağınınhidrolizi

15. Protein, peptit ve amino asitlerin yıkılımları ve rezorpsiyonu Proteazlar (proteolitik enzimler) • Midede salgılananlar: • Pepsin • Gastriksin (çocuklarda) • Pankreastan salgılananlar: • Tripsin • Kimotripsin • Karboksipeptidaz A • Karboksipeptidaz B • Elastaz • Bağırsaklardan salgılananlar: • Aminopeptidazlar

16. Digestion and absorption of proteins

19. Peptit ve amino asitlerin absorpsiyonu • Sindirilen proteinlerden oluşan serbest amino asitlerin duodenumda kalış süreleri çok kısadır. • Absorbe edilen amino asitler portal dolaşımla karaciğere taşınırlar. • Bebeklerde peptitler de (globulinler) absorbe edilirken erişkinlerde sadece amino asitler bağırsaklardan emilebilir. • Bağırsaklardan aktif transport ile emilirler • Mukoza hücrelerindeki bu transport Na+ varlığına bağlıdır.

20. Amino asitlerin katabolizması (yıkımı)

21. Amino asitlerin katabolizması • Katabolizma sırasında ortaya çıkan pek çok ara ürün biyolojik moleküllerin sentezinde öncül madde olarak kullanılırlar • Omurgalılarda amino asit katabolizması büyük oranda karaciğerde, daha az oranda ise böbreklerde gerçekleşir.

22. Amino asitlerden azot ayrılması • Amino asit katabolizmasının ilk basamağı α-amino grubunun ayrılmasıdır. Bu iki farklı biyokimyasal olay ile gerçekleştirilebilir. 1. Transaminasyon 2. Oksidatif deaminasyon

23. Transaminasyon • Bir amino asitin amino grubunun, bir α-ketoaside taşınması sonucunda yeni bir amino asit (glutamat) ve bir α-ketoasit meydana gelir. • Reaksiyonda serbest amonyak çıkışı olmaz. • Bu reaksiyonu katalizleyen enzimlere transaminazlar (aminotransferazlar) adı verilir.

25. Alanin transaminasyonu ALT C=O C=O PLP

26. Oksidatif deaminasyon • Amino asitin NH2 grubu amonyak (NH3) olarak açığa çıkar. • Açığa çıkan amonyak çoğunlukla NH4+ (amonyum) formundadır. Bu yüklü formu olduğundan daha az zararlıdır. • Enzim glutamat dehidrojenazdır.

27. Amino asitlerin dekarboksilasyonu

28. Dekarboksilasyon • Amino asitlerde karboksil (COO-) grubunun CO2 şeklide ayrılması ve geriye primer aminlerin (biyojen amin) kalması reaksiyonudur. • Primer aminler veya bunların türevi olan aminler fizyolojik olarak son derece önemlidirler. • Bazı primer aminler: histamin, adrenalin, noradrenalin, dopamin, seretonin, tiramin, melatonin, 5-hidroksitriptamin, kadaverin, putressin, gibi.

29. Önemli bazı biyojen aminler • Histamin: histidinden sentezlenir. Alerjik aşırı duyarlılığın oluşması sonucu damarlarda genişleme, yangısal reaksiyonlar ve nörotransmitter madde. • GABA: beyinde bulunan öneli bir nörotransmitter molekül • Serotonin: uykuyu düzenleyen, zindelik oluşturan bir hormondur

30. Amonyak (NH3) • Amonyak dokularda protein metabolizması sonucu sürekli üretildiği halde kanda düşük düzeylerde bulunur. • Bunun nedeni, karaciğerin kandaki amonyağı hızla uzaklaştırması ve pekçok dokunun, özellikle beyin ve kasın amino asit azotunu serbest amonyaktan çok glutamin veya alanin olarak dolaşıma vermesidir.

31. Kandaki amonyak kaynakları • Amino asitler: en büyük kaynaktır. • Glutamin: böbreklerde enzimatik olarak glutaminden amonyak açığa çıkar. • Bağırsakta ürenin bakteriyel yıkımıyla amonyak oluşur. • Aminler: hormon veya nörotransmitter olan aminlerden açığa çıkar. • Pürin ve primidinler: yıkımları sonucunda halkalara bağlı olan amino grupları amonyak olarak ayrılır.

33. Amonyağın toksisitesi • Yüksek amonyak seviyesi beyne direk toksik etki gösterir. • Klor ve sodyum-potasyumpompalarını bozar. • Ayrıca enerji metabolizmalarını bozar.

34. Amonyak zehirlenmesi • Plazmadaki düşük düzeyleri bile • Serebral (beyin) bozukluklara • Ellerde titreme • Konuşma ve • Görme bozuklukları • İştah azalması • Koma ve ölüm

35. Amonyağın detoksifikasyonu • Dokularda amino asitlerden açığa çıkan toksik amonyak uygun bir şekilde detoksifiye edileceği karaciğer taşınmalıdır. • Karaciğerde ise amonyak, insan ve yüksek yapılı memelilerde üre’ye dönüştürülerek vücuttan idrar ile uzaklaştırılır.

37. Üre sentezi • Üre, amino asitlerin amino gruplarının başlıca atılım yoludur ve idrardaki azotlu bileşiklerin yaklaşık % 90’ını oluşturur. • Ürenin bir azotu serbest amonyaktan, diğeri aspartattan gelir. • Karbon ve oksijen ise CO2’den sağlanır. • Üre karaciğerde sentezlenir. • Kanla böbreklere gelir ve idrarla atılır.

38. Üre döngüsü • Döngü 5 basamaktır. İlk 2 reaksiyon mitokondride, diğerleri sitozolda gerçekleşir. • Her bir üre molekülünün sentezinde 4 ATP tüketilir. • Üre, karaciğerden böbreklere taşınır ve idrarla atılır.

40. Niçin üre? • Çünkü; • Elektriksel yükü sıfır • Toksik değil • Biyolojik membranlardan kolay geçer ve dolayısıyla böbreklerden atımı kolaydır. • Tek dezavantaj ise atılması için büyük hacimlerde su gerekmesidir. HCO-3+ NH+4 + NH3 H2N-C-NH2 + 2 H2O O

42. Amino asitlerin karbon iskeletlerinin metabolizması

43. Karbon iskeletinin metabolizması • Amino asit yıkımı sırasında önce NH2 grupları transaminasyonla ayrılır, ardından karbon iskeletleri metabolize edilir. • C-iskeletleri metabolizması başlıca 7 ürün üzerinden işler: • Prüvat • Asetil CoA • Asetoasetil CoA • α-ketoglutarat • Süksinil CoA • Fumarat • Okzaloasetat

44. Karbon iskeletinin metabolizması... Bu 7 ürün ara metabolizma yollarına girerek; • Glikoz veya • Lipid sentezine ya da • Sitrik asit döngüsüne katılır.

46. Esansiyel olmayan amino asitlerin sentezi • Esansiyel olmayan amino asitler ara metabolizma üzerinden veya, • Sistein ve tirozinde olduğu gibi esansiyel amino asitlerden sentezlenebilir.

49. Pozitif azot dengesi • Protein anabolik faktörler, amino asitlerin karaciğerden kaslara doğru göçünü ARTIRIRLAR (miyotrop). • İnsülin, testesteron, büyüme hormonu (GH) • Amino asitler • Enerji düzeyi yüksek besinler (karbonhidratlar ve lipitler)

50. Negatif azot dengesi • Kaslardan karaciğere amino asit akışı • Protein veya enerji yetmezliklerinde • Anabolik hormonların yetersizliği (insülin, GH, testesteron) • Hipertiroidizm (yüksek T3 ve T4) • Stres (yüksek glikokortikoidler)