5ο Ο μεταβολισμός της τροφής και οι ενεργειακές μεταβολές κατά τις βιοχημικές αντιδράσεις του μεταβολισμού. Ο καταβολισμός των συστατικών της τροφής του ανθρώπου. Αναβολισμός των συστατικών της τροφής: Σύνθεση χρήσιμων ουσιών για την λειτουργία

της Δήμητρας Σπανού, Χημικού, μόνιμης καθηγήτριας του 1ου Γυμνασίου Δάφνης

 

 

 

ακατεργαστο

  

  • Ο καταβολισμός των συστατικών της τροφής του ανθρώπου  (υποσελίδα)

Οι αρχές της Χημείας και της Χημικής Θερμοδυναμικής στις αντιδράσεις του μεταβολισμού:  Γενικές πληροφορίες

A. Οι αρχές της Χημείας και της Χημικής Θερμοδυναμικής στις αντιδράσεις του μεταβολισμού:  Γενικές πληροφορίες
Β.Ποιες οργανικές ουσίες οξειδώνονται ευκολότερα;
Γ. Ποιοί παράγοντες καθορίζουν αν μια ουσία του μεταβολισμού   θα συμμετέχει σε μια συγκεκριμένη μεταβολική οδό ή σε κάποια άλλη;
Δ. Γιατί  γίνονται   φωσφορυλιώσεις σε ενώσεις  προκειμένου να συμμετέχουν σε κάποιο στάδιο σε μεταβολικές οδούς;   
Ε. Γιατί το ΑΤP είναι η πιο συνηθισμένη ένωση για τις φωσφορυλιώσεις;
ΣΤ. Ποιους ενεργοποιημένους φορείς ηλεκτρονίων κα Η+ συναντάμε στο στάδιο αυτό;
Z. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της αερόβιας και αναερόβιας γλυκόλυσης;
ΚΑΤΑ ΤΙΣ ΒΙΟΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ
ΑΠΟΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΕΙΣ.
 
 

Οι αρχές της Χημείας και της Χημικής Θερμοδυναμικής στις αντιδράσεις του μεταβολισμού:  Αναερόβια Γλυκόλυση (Embden -Meyerhof)

ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΩΝ
Ας σημειώσουμε κάποιες χρήσιμες πληροφορίες που θα δώσουν μια καλύτερη εικονα για το τι συμβαίνει κατά τον μεταβολισμό. 
Α. Από που προμηθεύονται οι μη αυθόρμητες αντιδράσεις  ελεύθερη ενέργεια που απαιτείται (κυρίως για τον καταβολισμό );
Β.Ποιες οργανικές ουσίες οξειδώνονται ευκολότερα;
Γ. Ποιοί παράγοντες καθορίζουν αν μια ουσία του μεταβολισμού   θα συμμετέχει σε μια συγκεκριμένη μεταβολική οδό ή σε κάποια άλλη;
Δ. Γιατί  γίνονται   φωσφορυλιώσεις σε ενώσεις  προκειμένου να συμμετέχουν σε κάποιο στάδιο σε μεταβολικές οδούς;   
Ε. Γιατί το ΑΤP είναι η πιο συνηθισμένη ένωση για τις φωσφορυλιώσεις;
ΣΤ. Ποιους ενεργοποιημένους φορείς ηλεκτρονίων κα Η+ συναντάμε στο στάδιο αυτό;
Z. Ποια είναι η διαφοράμεταξύ της αερόβιας και αναερόβιας γλυκόλυσης;
ΓΛΥΚΟΛΥΣΗ: Η  ΑΝΑΕΡΟΒΙΑ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ (ΟΔΟΣ EMBDEN -MEYERHOF)3
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΟΦΕΛΟΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΝΑΕΡΟΒΙΑ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗ
ΕΙΣΟΔΟΣ ΤΗΣ ΓΑΛΑΚΤΟΖΗΣ ΣΤΟ ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ
ΕΙΣΟΔΟΣ ΤΗΣ ΦΡΟΥΚΤΟΛΥΣΗ ΣΤΟ ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ
 

Οι αρχές της Χημείας και της Χημικής Θερμοδυναμικης στον μεταβολισμό της τροφής. Ο Κύκλος του Κιτρικού οξέος (Κρεμπς). Το κοινό μονοπάτι καταβολισμού των υδατανθράκων, πρωτεινών και λιπών σε επόμενο  σταδιο επεξεργασίας τους

Ας θυμηθούμε ότι,

 

Η ΕΙΣΟΔΟΣ ΤΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΤΩΝ ΤΡΟΦΩΝ ΣΤΟ ΤΡΙΤΟ ΣΤΑΔΙΟ ΤΟΥ ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΤΟΥΣ
 

Α. ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ  ΕΙΣΟΔΟ ΣΤΟΝ  ΚΥΚΛΟ ΤΟΥ ΚΙΤΡΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ (ΚΡΕΜΠΣ)

 ΠΟΙΕΣ ΟΥΣΙΕΣ ΕΙΣΕΡΧΟΝΤΑΙ ΣΤΟΝ ΚΥΚΛΟ ΚΡΕΜΠΣ

 Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΚΡΕΜΠΣ

ΠΩΣ ΓΙΝΕΤΑΙ Η ΑΠΟΣΠΑΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟΝ ΚΥΚΛΟ ΚΡΕΜΠΣ
 

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ

 
 

Οι αρχές της Χημείας και της Χημικής Θερμοδυναμικης στον μεταβολισμό της τροφής. Τρίτο στάδιο μεταβολισμού στα μιτοχόνδρια, κοινό για  υδατάνθρακες, πρωτείνες και λίπη. Ο κύκλος του κιτρικού οξέος (krebs), 

ΤΑ ΣΤΑΔΙΑ ΤΟΥ ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΕΙΝΑΙ ΤΡΙΑ
ΚΑΤΑ ΤΙΣ ΒΙΟΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ
ΑΠΟΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΕΙΣ.
Η ΕΙΣΟΔΟΣ ΤΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΤΩΝ ΤΡΟΦΩΝ ΣΤΟ ΤΡΙΤΟ ΣΤΑΔΙΟ ΤΟΥ ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΤΟΥΣ
 

Α. ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ  ΕΙΣΟΔΟ ΣΤΟΝ  ΚΥΚΛΟ ΤΟΥ ΚΙΤΡΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ (ΚΡΕΜΠΣ)

 ΠΟΙΕΣ ΟΥΣΙΕΣ ΕΙΣΕΡΧΟΝΤΑΙ ΣΤΟΝ ΚΥΚΛΟ ΚΡΕΜΠΣ 

Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΚΡΕΜΠΣ
ΠΩΣ ΓΙΝΕΤΑΙ Η ΑΠΟΣΠΑΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟΝ ΚΥΚΛΟ ΚΡΕΜΠΣ
 

               

 

Οι αρχές της Χημείας και της Χημικής Θερμοδυναμικής στις αντιδράσεις του μεταβολισμού:  Καταβολισμός πρωτεινών  αμινοξέων και λιπών και λιπαρών οξέων, έως τον Κύκλο του Κρεμπς

υπό κατασκευή
 
ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΌ ΤΙΣ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΤΗΣ ΤΡΟΦΗΣ
Από που προέρχονται τα αμινοξέα που καταβολίζονται στον οργανισμό
Διάσπαση των πρωτεινών σε αμινοξέα
Αποικοδόμηση των αμινοξέων
 Απαμίνωση αμινοξέος: Πως μεταφέρεται η αμινομάδα στο ήπαρ για μεταβολισμό
Απομάκρυνση του αζώτου μέσω γλουταμινικού οξέος
Πως απομακρύνεται η αμμωνία που καταφθάνει στο ήπαρ  σε μορφή γλουταμινικού ή αλανίνης);
Ο μεταβολισμός των αμινοξέων
Οι πρωτείνες σε δίαιτες αδυνατύσματος
ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΤΑ ΛΙΠΗ ΤΗΣ ΤΡΟΦΗΣ
 

Οι αρχές της Χημείας και της Χημικής θερμοδυναμικής στον μεταβολισμό της τροφής. Ο καταβολισμός των νουκλεινικών οξέων

O ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΝΟΥΚΛΕΙΝΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ
ΠΟΥ ΣΥΜΒΑΙΝΕΙ Ο ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΝΟΥΚΛΕΙΝΙΚΏΝ ΟΞΕΩΝ
ΤΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΣΤΑΔΙΟ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ. Η ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΤΩΝ ΝΟΥΚΛΕΙΝΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ ΣΤΟΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ

 

Οι αρχές της Χημείας και τις Χημικής Θερμοδυναμικής στις αντιδράσεις του μεταβολισμού. Καταβολισμός πρωτεινών - αμινοξέων έως τον κύκλο του Κρεμπς

 Καταβολισμός πρωτεινών - αμινοξέων έως τον κύκλο του Κρεμπς

ΤΙ ΣΥΜΒΑΙΝΕΙ ΣΤΙΣ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ  ΤΗΣ ΤΡΟΦΗΣ ΚΑΤΑ ΤΟ ΠΡΩΤΟ ΣΤΑΔΙΟ ΤΟΥ  ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΟΥ ΣΤΟ ΠΕΠΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΌ ΤΙΣ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΤΗΣ ΤΡΟΦΗΣ

Ποια είναι η τύχη των αμινοξέων που προκύπτουν από τον καταβολισμό- διάσπαση των πρωτεινών.
Ποιες ενώσεις δίνουν τα αμινοξέα, μετά την απομάκρυνση της αμινομάδας του με  την απαμίνωση και την τρανζαμίνωση
Ο μεταβολισμός των προιόντων της απαμίνωσης των αμινοξέων
Πως γίνεται η Αποικοδόμηση των αμινοξέων στον οργανισμό
Τρόποι απαμινώσεων σε αμινοξέα, , ανάλογα με τον οργανισμό και το κάθε  αμινοξύ 

Μετά την απαμίνωση αμινοξέος: Πως μεταφέρεται η αμινομάδα στο ήπαρ για μεταβολισμό

Πως απομακρύνεται η αμμωνία που καταφθάνει στο ήπαρ  (μορφή γλουταμινικού ή αλανίνης);

Οι πρωτείνες σε δίαιτες αδυνατίσματος

 

Οι αρχές της Χημείας και της Χημικής θερμοδυναμικής στον μεταβολισμό της τροφής. Ο καταβολισμός των νουκλεινικών οξέων

O ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΝΟΥΚΛΕΙΝΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ
ΠΟΥ ΚΑΙ ΠΩΣ ΣΥΜΒΑΙΝΕΙ Ο ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΝΟΥΚΛΕΙΝΙΚΏΝ ΟΞΕΩΝ
ΤΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΣΤΑΔΙΟ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ. Η ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΤΩΝ ΝΟΥΚΛΕΙΝΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ ΣΤΟΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ
Οι πουρίνες  
Οι πυριμιδίνες 
 
 

Αναβολισμός των συστατικών της τροφής:

Σύνθεση χρήσιμων ουσιών για την λειτουργία του οργανισμού (υποσελίδα)

Βιοσυνθέσεις από τους μεταβολίτες του κύκλου του Κρεμπς. Το ακέτυλοσυνένζυμοΑ:  Μέρος 1ο .Οι στερόλες, η χοληστερόλη, οι στεροειδείς ορμόνες, τα χολικά οξέα 

 
Το συνένζυμο Α και τα ακυλοσυνένζυμαΑ
 Βιοσυνθέσεις από το ακέτυλοσυνένζυμο Α
ΣΤΕΡΟΕΙΔΕΙΣ ΟΡΜΟΝΕΣ

Σύνδεση στερεοειδών με πρωτείνες και λιπαρά στον οργανισμό

 
 

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6789029

 

akatergasto 

 

 

 

2. Η αμινομάδα στο γλουταμινικό μπορεί να μεταφερθεί ξανά σε άλλο κετο-οξύ αν χρειαστεί αναστρέφοντας τις παραπάνω αντιδράσεις. Ένα συγκεκριμένο ένζυμο στη μιτοχονδριακή μήτρα του ήπατος (αμινοτρανσφεράση ασπαρτικού γλουταμικού) καταλύει την ανταλλαγή ομάδων αμίνης μεταξύ γλουταμικού και ασπαρτικού . (Η αντίδραση απεικονίζεται παρακάτω)

 

 

 

 

 

 

 

σι. Ενσωματώστε την αμμωνία σε ξεχωριστό γλουταμικό για να σχηματίσετε γλουταμίνη (ένζυμο: γλουταμίνη Συνθετάση ):

 

 

     

 

 

ντο. Η γλουταμίνη περνά μέσω των κυτταρικών μεμβρανών μέσω μιας ποικιλίας μηχανισμών μεταφοράς και στην κυκλοφορία του αίματος, για να απορροφηθεί από άλλους ιστούς, κυρίως (για τους σκοπούς της τρέχουσας συζήτησης) το ήπαρ.

 

 

ρε. Στο ήπαρ, το ένζυμο γλουταμινάση απελευθερώνει αμμωνία με υδρόλυση γλουταμίνης, αφήνοντας το γλουταμινικό οξύ (εμφανίζεται επίσης στα νεφρά και το έντερο).

 

 

 

     Το γλουταμινικό μπορεί να συνεχίσει να σχηματίζει ασπαρτάτη, μέσω της αμινοτρανσφεράσης γλουταμινικής-ασπαρτικής:

 

 

 

 

μι. Ο κύκλος της ουρίας (μόνο στο ήπαρ) καθιστά τις χαρακτηριστικές ομάδες αμίνης σε ουρία για έκκριση

 

 

 

Περίληψη: Οι ομάδες αμίνης συναρμολογούνται στην ορνιθίνη (η οποία ουσιαστικά δρα ως «λαβή»), και τελικά αποκόπτονται ως Ουρία (απελευθερώνοντας την ορνιθίνη και πάλι).   Αυτό συμβαίνει στο ήπαρ, εν μέρει στο μιτοχονδριακό πλέγμα και εν μέρει στο κυτταρόπλασμα.

 

 

Βασικές αμινο ενώσεις που εισέρχονται στον Κύκλο Ουρίας:

 

     Ασπαρτικό (τυπικά από την διαμολυσμό του οξαλοξικού · βλέπε IIA2 και IIA3d, παραπάνω)

 

     Αμμωνία , η οποία μπορεί να προέρχεται από πολλές πηγές, ιδιαίτερα την υδρόλυση της γλουταμίνης (βλ. IIA3a, παραπάνω) και την οξειδωτική απαμίνωση του γλουταμικού (βλέπε IIA3d, παραπάνω). Δείτε επίσης την ανάλυση των πουρινών σε μια μεταγενέστερη διάλεξη.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  ένα ΑΤΡ που δαπανάται για την τοποθέτηση της αμίνης στο φωσφορικό καρβαμοϋλ

- ένα ΑΤΡ που δαπανάται για να τοποθετήσει το φωσφορικό σε CP, το οποίο οδηγεί την επόμενη αντίδραση (σχηματισμός της κιτρουλλίνης, OTC)

- ένας ΑΤΡ (* δύο * ΧΙ-Ε δεσμοί) που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αργινινοηλεκτρικού.

 

(Ii) Ο κύκλος της ουρίας κοστίζει ενέργεια αλλά παράγει και ενέργεια:

 

- Το φουμαρικό οξύ οξειδώνεται στον κύκλο Krebs σε οξαλικό άλας, αποδίδοντας ένα NADH (το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή τριών ATP).

- Η αντίδραση γλουταμινικής αφυδρογονάσης αποδίδει επίσης NADH (επίσης ισοδύναμη με τρία ATP).

 

 

 

 

 

 .

 

 

, η οποία πηγαίνει πίσω στα περιφερικά μέσω του αίματος.

 

 

 

 

 

 

 

 

H. Άλλα όργανα που εμπλέκονται στον μεταβολισμό του αζώτου:

 

 

 

 

 

Εγώ. Οι νεφροί μπορούν να σπάσουν το γλουταμίνη:

 

- Οι πιο όξινες συνθήκες αυξάνουν αυτή την κατανομή, το λιγότερο οξύ το μειώνει.

 

- Η προκύπτουσα αμμωνία πρωτονιώνεται για να σχηματίσει ιόντα αμμωνίου και εκκρίνεται στα ούρα.

 

- Αυτό θεωρείται ότι είναι ένας τρόπος για να αντισταθμιστεί η οξέωση

 

 

 

Ii. Τα νεφρά και τα έντερα παράγουν από κοινού αργινίνη

 

- Εντερικό CPS 1 και OTC από citrulline, που εξάγονται στο αίμα

 

- Οι νεφροί παίρνουν την κιτρουλίνη και σχηματίζουν αργινίνη (με τη χρήση συνθετάσης αργινινοσουκκινάτη), η οποία και πάλι εξάγεται στο αίμα

 

- Αυτός ο μηχανισμός χρησιμοποιείται κυρίως για τη σύνθεση του Arg για σκοπούς άλλους από την ureagenesis, π.χ. πρωτεϊνική σύνθεση (βλέπε επίσης άλλα προϊόντα Arg, αργότερα).

 

- Η μαζική εκτομή του λεπτού εντέρου μπορεί να προκαλέσει ανεπάρκεια αργινίνης στους ασθενείς

 

 

 

 

     Πλευρική γραμμή: Γιατί είναι τοξικό για την αμμωνία;         (Μόνο κερδοσκοπία!)

 

     Το επίπεδο γλουταμικού διαταράσσεται. Και δεδομένου ότι είναι ένας νευροδιαβιβαστής, τα επίπεδα του μπορεί να είναι κρίσιμα για την κατάλληλη νευρική λειτουργία.

 

     Το γλουταμινικό ανακυκλώνεται από τον μετασυναπτικό νευρώνα στον προ-συναπτικό νευρώνα ως γλουταμίνη (μέσω συνθετάσης γλουταμίνης) και αυτό το βήμα μάλλον διαταράσσεται από τα υψηλά επίπεδα αμμωνίας.

 

     Το γλουταμινικό είναι επίσης ο πρόδρομος ένας άλλος νευροδιαβιβαστής, γάμμα αμινοβουτυρικό οξύ (GABA), ο οποίος μπορεί έτσι να επηρεαστεί από την υπεραμμωνεμία.

 

     Οι μεταβολές των επιπέδων γλουταμικού μπορεί να επηρεάσουν την ενεργειακή κατάσταση. Επιπλέον, την αφαίρεση   Η αμμωνία χρησιμοποιεί ATP (συνθετάση γλουταμίνης), επίσης με δυνητικά επιβλαβείς επιπτώσεις στην ενεργειακή.

 

 

 

 

1. Γλυκογενικά έναντι κετογόνων αμινοξέων

 

2. Μερικές φορές η απλή μεταφορά μπορεί να παράγει εύκολα αποικοδομημένες ενώσεις:

 

Α) το ασπαρτικό σχηματίζει οξαλοξεικό

 

 

(Μπορεί επίσης να υποβαθμιστεί μέσω κύκλου ουρίας)

 

Β) το γλουταμικό σχηματίζει α-κετογλουταρικό άλας

 

 

(Μπορεί επίσης να υποβαθμιστεί μέσω οξειδωτικής αποαμινίωσης)

 

Γ) πυροσταφυλικές μορφές αλανίνης

 

 

3. η γλουταμίνη και η ασπαραγίνη απομαγνήθηκαν σε γλουταμικό και ασπαρτικό (όπως παραπάνω).

 

Α) αντίδραση γλουταμινάσης: γλουταμίνη + Η2Ο -> γλουταμικό + NH4 +

 

Β) αντίδραση ασπαραγινάσης: παρόμοια με τη γλουταμινάση, παράγει ασπαρτικό άλας.

 

 

 

4. Άλλα αμινοξέα: βλ. Παρακάτω:

 

 

 

 

Σερίνη υδροξυμεθυλ τρανσφεράση:

 

 

 

 

 

 

 

 

Σύνοψη γλυκίνης (γνωστός και ως σύστημα διάσπασης γλυκίνης):

 

 

 

 

 

 

 

Η αφυδατάση σερίνης:

 

 

 

 

 

 

 

Αποικοδόμηση της φαινυλαλανίνης και της τυροσίνης:

 

 

 

 

Διακλαδισμένα αμινοξέα:

 

 

 

 

ΡΕ.   Πρόδρομοι για άλλα σημαντικά βιομόρια - βιοδραστικές αμίνες

 

 

 

 

Τυροσίνη:

 

 

 

 

 

 

Τρυπτοφάνη:

 

 

Γλουταμικό:

 

 

 

Ηιστιδίνη:

 

 

 

 

Ε. Λίγα άλλα σημαντικά προϊόντα που προέρχονται από αμινοξέα:

 

Η αργινίνη μετατρέπεται σε ΝΟ, Αγκματίνη, κρεατίνη και κρεατινίνη

Γλουταμίνη, κυστεΐνη και γλυκίνη χρησιμοποιούνται για να παράγουν γλουταθειόνη

Η γλυκίνη χρησιμοποιείται στη βιοσύνθεση της αίμης

Η γλουταμίνη, η γλυκίνη και η ασπαρτική συνεισφέρουν στη σύνθεση νουκλεοτιδίων πουρίνης

Το ασπαρτικό χρησιμοποιείται στη βιοσύνθεση των πυριμιδινικών νουκλεοτιδίων

 

 

III. Βιοσύνθεση αμινοξέων

 

 

Ενδοκυττάρια αποικοδόµηση πρωτεϊνών: Στα λυσοσωµάτια από καθεψίνες Στο κυτταρόπλασµα από το σύστηµα της ουβικιτίνης (76αα)

Ενέργεια βιοχημικών αντιδράσεων

 Των περισσότερων βιοχημικών αντιδράσεων πέφτει στο εύρος +30 έως -60 kJ / mol.

π.χ

ATP + Η2Ο ADP + HPO 4 2-  = -30,3 kJ / mol.
1 mM   1   0,1 mM   1 mM Τυπικές κυτταρικές συγκεντρώσεις
     
Φωσφονοενλοπυραλικό + Η2Ο Πυροσταφυλικό + Ρι -61.9 kJ / mol
1,3-διφωσφογλυκερικό + Η2Ο 3-φωσφογλυκερικό + Ρι -54,5 kJ / mol
ΑΤΡ + Η2Ο ADP + P i -30,3 kJ / mol
6-φωσφορική γλυκόζη + Η2Ο Γλυκόζη + Ρι -13,8 kJ / mol
5'-ΑΜΡ + Η2Ο Αδενοσίνη + Ρι -9,6 kJ / mol
Τυπικός δεσμός εστέρα     -19 kJ / mol
Τυπικό δεσμό γλυκοσίδης     -16 kJ / mol
Τυπικό δεσμό αμιδίου     -15 kJ / mol
 
    
Βιομοριακής μοντελοποίησης, όσον αφορά την ικανότητά τους να μοντελοποιούν
Τις ηλεκτροστατικές ιδιότητες των πλευρικών αλυσίδων. Η παράμετρος
Τα σύνολα που εξετάστηκαν προσαρμόστηκαν από την AMBER, 23 CHARMM, 24
CVFF, 25,26 GROMOS, 27 OPLS28 και PARSE.29 Ab initio-
Τα παράγωγα φορτία των Chipot et al. 30 εξετάστηκαν επίσης με ακτίνες
Από την AMBER. Οι ακτίνες υπολογίστηκαν από το μη-
Συνδεδεμένες παραμέτρους αλληλεπίδρασης και αντιστοιχούν στο van der
Υπολογίζει τις ακτίνες στις οποίες είναι η μη συνδεδεμένη ενέργεια αλληλεπίδρασης
Μηδέν αντί των ακτίνων στο ελάχιστο του δυναμικού
Καλά.
Για να γίνει δυνατή η σύγκριση με το πείραμα, τόσο ηλεκτροστατικά
Και υδρόφοβες συνεισφορές. Υδροφόβος
Οι συνεισφορές προσδιορίστηκαν από μια ελάχιστη τετραγωνική τιμή tt equa-
Που σχετίζεται με την πειραματική ενέργεια διαλυτοποίησης76 διακλαδισμένης
Και γραμμικά αλκάνια στις προσβάσιμες επιφάνειες τους
ο
(ΜΙΚΡΟ
ένα
).
Των υδρογονανθράκων υπολογίστηκαν με καθένα από τα
μικρό
ένα
μικρό
Ρυθμίσεις δύναμης-ράβδου που έχουν ρυθμιστεί ξεχωριστά. Μια γραμμή παλινδρόμησης για το sol-
Ως συνάρτηση της προσβάσιμης επιφάνειας του
η μορφή
*ΕΝΑ
HÕ
\ BS
ένα
] ένα
Όπου b και a είναι σταθερές, η κλίση και
Αντιστοίχως, για την ακτίνα.
Των αμινοξέων
μικρό
ένα
Υπολογίστηκαν με κάθε ακτίνα ανύψωσης και αντικαταστάθηκαν
Στην παραπάνω εξίσωση για να ληφθεί η αντίστοιχη υδρόφοβη
Συνεισφορές στις ελεύθερες ενέργειες επίλυσης. Πολλές υδρο-
Υπάρχουν ζυγοί κλίμακας για την εκτίμηση των επιπτώσεων.77 Επιλέξαμε πολύ
Απλό σχέδιο.
Αποτελέσματα και συζήτηση
Ψευδαργυρική επίλυση
Η ηλεκτροστατική συμβολή στην ελεύθερη ενέργεια της διαλυτοποίησης
Όλων των 20 αμινοξέων στις αμφιτεριονικές τους μορφές, δηλαδή σε ρΗ
7, που υπολογίζονται με τη μέθοδο FDPB, δίνονται στον Πίνακα 1. Όλα
Οι ελεύθερες από ζβίτριον ενέργειες ενυδάτωσης εμπίπτουν εντός της περιοχής
Από [69,51 έως [82,95 kcal mol -1 για τα αμινοξέα με
Ουδέτερες πλευρικές αλυσίδες, ενώ αυτές οι τιμές είναι σχεδόν διπλές για
Αμινοξέα με φορτισμένες πλευρικές αλυσίδες, δηλαδή για αργινίνη (]),
Λυσίνη (1), ασπαρτικό ([) και γλουταμικό ([]). Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν
Να δικαιολογηθεί αν λάβουμε υπόψη την προσέγγιση της αντίδρασης που οφείλεται στην
Onsager για την ενέργεια διαλυτοποίησης ενός διπόλου ενσωματωμένο σε a
Σφαιρική κοιλότητα67,68
*ΕΝΑ
σολ
\
Α 1 [π.χ.
1] 2ε
B k2
ένα
0
3
Εδώ
Είναι η ενέργεια διαλυτοποίησης, e είναι η σχετική διαπερατότητα
*ΕΝΑ
σολ
Του νερού διαλύτη, k είναι η διπολική στιγμή που σχετίζεται με
Το μόριο, και
Είναι η διάμετρος του χαμηλού διηλεκτρικού
ένα
0
Σφαιρική κοιλότητα που περιέχει το δίπολο. Όλα τα αμινοξέα στο
Η ζβιτεριονική μορφή τους μπορεί να θεωρηθεί ως ενσωματωμένα δίπολα.
Σε μια σφαιρική κοιλότητα που περιβάλλεται από το διαλύτη. Αυτό
Η εξίσωση δίνει μια γρήγορη αριθμητική εκτίμηση του Helmholtz
Ενέργειας της διπολικής διαλυτοποίησης. Η ενέργεια διαλυτοποίησης για την γλυκίνη είναι
[59 kcal mol ~ 1 (για r \ 3.22
E \ 80). Εμείς
Ó, α
0
\ 3.07 Ó,
Το έχουν υπολογίσει υποθέτοντας ότι η γλυκίνη είναι ενσωματωμένη σε a
Σφαιρική κοιλότητα διαμέτρου
Η οποία υπολογίζεται με τη λήψη
ένα
0
Ο μέσος όρος όλων των διαγώνιων αποστάσεων της γλυκίνης. Το δίπολο
Η στιγμή εκτιμάται ως k, όπου r είναι το μήκος διπόλου,
Εδώ θεωρείται η απόσταση μεταξύ θετικού και αρνητικού,
Κέντρων φόρτισης στο μόριο. Δεδομένου ότι το k είναι σχεδόν το ίδιο
Για όλα τα αμινοξέα, είναι μόνο το
Παράγοντα που προκαλεί
ένα
0
Στο
αξίες. Για τη γλυκίνη,
Είναι η μικρότερη, και είναι
ΕΝΑ
σολ
ένα
0
Αναμένεται να δώσει τη μέγιστη τιμή ([82,95 kcal mol ~ 1,
Πίνακας 1), ενώ άλλοι δείχνουν διακύμανση λόγω του διαφορετικού a
0
αξίες. Στη μέθοδο FDPB, δεν λαμβάνονται υπόψη τα μόρια
Να είναι ενσωματωμένα σε μια σφαιρική κοιλότητα, αλλά να είναι ενσωματωμένα σε ένα
Κοιλότητα που σχηματίζεται από την επιφάνεια προσβάσιμη από διαλύτη. Αυτό είναι ένα
Λόγος για τις μεγαλύτερες τιμές (πίνακας 1) από το αναμενόμενο από την
Πίνακας 1 Συμμετοχή ηλεκτροστατικής ενέργειας στην ελεύθερη διαλυτοποίηση ενέργεια (σε
Kcal mol ~ 1) αμφιτεριόντων αμινοξέων
*ΕΝΑ
σολ
(Elec)
ALA
[77.40
ARG
[157,49
ASN
[73.62
ΑΣΠΙΔΑ
[119,47
CYS
[74.42
GLN
[82.02
GLU
[112.74
ΓΛΥ
[82.95
HID
[76.74
ΣΠΕΥΔΩ
[71.80
ΙΣΧΙΟ
[140.83
ILE
[69.51
LEU
[81.13
LYS
[132.27
ΣΥΝΑΝΤΗΣΕ
[72.85
PHE
[72.71
PRO
[75.18
SER
[77.15
THR
[74,43
TRP
[74.11
TYR
[73.40
VAL
[71.30
J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1997, Vοl

Αποτέλεσμα εικόνας για Gibbs energy NAD to NADH, FAD to FADH2 DG

Γλυκόζη + Νερό + ATP  <--> 6φωσφορική Γλυκόζη + ΑDP  +Pi      ΔG= -16,7kj/mol

ATP  +   H2O  --> ADP + Pi      ΔGo= - 30,5kj/mol  ή -7,3kcal/mol

ADP 3- + HPO 4 2- + Η + -> 
ΑΤΡ 4- + Η2Ο

D G o = +30,5 kJ

Η σταθερά Χημικής Ισορροπίας Κ= [ADP] [Pi]/[ATP] [H2O] είναι 1,48.10 5

NADH -> NAD + + Η + + 2ε -

D G o = - 158,2 kJ 
(αυθόρμητος)

  

ATP  + H2O --->  AMP  + PPi     ΔGo = -45,6kj/mol  ή 10,9kcal/mol

1 / 2O2 + 2H + + 2e -> Η2Ο  D G o = - 61,9 kJ

Φωσφορυλίωση

ADP 3- + HPO 4 2- + Η + -> 
ΑΤΡ 4- + Η2Ο

D G o = +30,5 kJ 
(Μη αυτόματη)

(8)

οξείδωση

NADH -> NAD + + Η + + 2ε -

D G o = - 158,2 kJ 
(αυθόρμητος)

(8)

μείωση

1 / 2O2 + 2H + + 2e -> Η2Ο

D G o = - 61,9 kJ 
(αυθόρμητος)

(10)

Η καθαρή αντίδραση λαμβάνεται με αθροίζοντας τις συζευγμένες αντιδράσεις, όπως φαίνεται στην Εξίσωση 11, παρακάτω.

ADP 3- + HPO 4 2- + NADH + 1/2 O 2 + 2Η + -> 
ATP 4- + NAD + + 2 Η2Ο

D G o = -189,6 kJ
(αυθόρμητος)

(1