Amino Asitlerin Metabolizması

Yrd. Doç. Dr. Ahmet GENÇAdıyaman Üniversitesi Sağlık Hizmetleri Meslek Yüksekokulu

Aminoasit Metabolizması

Hücresel proteinlerinin tümünde sürekli yıkım ve yapım bütün yaşam formlarında görülmektedir

İnsanlar her gün total vücut proteinlerinin, Özellikle kas proteini kaynaklı olarak %1-2’sini

yıkarlar Serbest aminoasitlerden %75-80’i protein

sentezinde kullanılır Geri kalan %20-25’i üre oluşturur

Diyetle günlük 30-60 g protein (serbest amino asit) alması gerekir

Amino asitlerden organizmanın faydalanacağı yerler Doku ve kan proteinleri ile enzim, hormonların yapımında

Nükleik asit, kreatin gibi protein niteliğinde olmayan ve içerisinde azot bulunan maddelerin yapımında

Amonyak ve üre sentezinde

Endojen amino asit sentezinde

Enerji elde edilmesinde

Karbohidratların yapımında

Aminoasit Metabolizması

Hayvanlarda, amino asitler üç farklı metabolik durumla oksidatif yıkıma uğrar.

1. Proteinlerin yıkımıyla açığa çıkan bazı amino asitler eğer yeni protein sentezi için gereksinim yoksa, oksidatif parçalanmaya uğrar.

2. Bir diyet proteince zenginse ve alınan amino asitler vücudun protein sentezi gereksinimi aşıyorsa, fazlası yıkılır; amino asitler depolanmaz.

3. Karbohidratların ya hiç olmadığı veya uygun yararlanılmadığı , açlıkta veya diyabetes mellitusta (DM) yakıt olarak hücresel proteinler kullanılır.

Proteinlerin yapısındaki C ve H atomlarından son

ürün olarak H2O ve CO2 oluşmaktadır

Proteinlerde %16 oranında bulunan azot, sadece proteinlere özgü olan atılım ürünlerinin (amonyak ve üre) oluşumuna yol açmaktadır

Protein yıkılımı sonrasında amino asitlerin yapısındaki

karbon ve hidrojenden CO2 ve H2O oluşmakta, azot

atomundan ise memeli için toksik olan amonyak oluşmaktadır

Amonyak, enerji gerektiren bir dizi tepkime ile toksik olmayan üreye dönüştürülerek vücuttan atılmaktadır.

Aminoasit Metabolizması

Tüm bu metabolik durumlarda amino asitler amino gruplarını kaybederek, amino asitlerin “karbon iskeletlerini” koruyarak α-keto asitleri oluşturur.

α-keto asitler oksidasyona uğrayarak

CO2 ve H2O’ya dönüşür, veya sıklıkla

glukoneogenezle beyin, iskelet kası ve diğer dokuların yakıtı olan glukoza çevrilebilen 3 veya 4 C’lu birimleri sağlar.

Hücreiçi protein

Amino asitlerDiyet proteini

Karbon iskeletleri

Amino asitler, nükleotidler ve biyolojik aminlerin biyosentezi

Karbamoil fosfat

Üre döngüsü

Sitrik asit döngüsünün

aspartat-arginino süksinat

şantı

Sitrik asit

döngüsü

Üre

(azot atım ürünü)

Oksaloasetat

Glukoz

Glukoneogenezle sentezlenen

AMİNOASİT YIKILIMI Glutamat ve glutamin azot metabolizmasında kritik rol oynar Hepatositlerin sitozolünde, çoğu amino asitlerin amino grupları

glutamat oluşturmak için α-ketoglutarata transfer edilir

Glutamat sonra amino grubunun NH4+ oluşturmak için

uzaklaştırıldığı mitokondri içine taşınır Çoğu dokuda oluşan fazla amonyak glutaminin amid azotuna

çevrilir, karaciğere geçerek, karaciğer mitokondrisine girer. Kasta fazla amino grupları genellikle piruvata transfer

edilerek, karaciğere amino gruplarının taşınmasındaki diğer önemli molekül, alanin oluşur

Sindirilen proteinlerin

amino asitleri

Alanin

(kastan)

Glutamin

(kas ve diğer dokulardan)

KaraciğerHücre proteini

1. TRANSAMİNASYON Karaciğere ulaşan L-aminoasitlerin katabolizmasında 1.

Basamak aminoasitlerden amino grubunun aminotransferaz veya transaminaz olarak adlandırılan enzimlerle uzaklaştırılmasıdır.

Transaminazlar (aminotransferaz) insan organizmasında yaygın olarak dağılmışlardır ve özellikle kalp kası, karaciğer, iskelet kası ve böbrekte aktiftirler.

Amin aktarmalar geri dönüşümlü bir reaksiyon olduğundan, transaminazlar amino asitlerin hem katabolizmasında hem de biyosentezlerinde işlev görürler

Transaminasyon (amin aktarma), genelde bir α-aminoasit ve bir α-keto asit şeklinde olan bir amino asit çifti ile bir keto asit çiftini birbirine çevirir

H

H3N+ C COO-

R1

H

C COO-

R1

H

H3N+ C COO-

R2

H

C COO-

R1

AMİNOTRANSFERAZ

Aminoasit Ketoasit

AminoasitKetoasit

-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 aminoasitlerin amino grupları bu reaksiyon sayesinde -ketoglutaratta toplanıp, glutamat oluşmaktadır.

-ketoglutaratın amino asit metabolizmasındaki tek rolü amino asitlerden amino grubu alarak glutamat haline geçmektir.

Hücreler çeşitli aminotransferaz enzimleri içermektedir: En önemli iki tanesi AST ve ALT’dir. Tüm aminotransferazlar prostetik grup olarak

piridoksal fosfata (PP) bağlıdır.

ALT: Glutamat pirüvat transaminaz (SGPT). Bir çok dokuda yer alır. Alaninin amino grubunu -Ketoglutarata aktarır. Sonuçta piruvat ve glutamat oluşur.

Alanin + -ketoglutarat pirüvat + glutamat

ALT+PP

AST: Glutamat oksaloasetat transaminazda (SGOT)

Bu enzimin katalizlediği reaksiyon diğer aminotransferazlardan farklı olarak, glutamat oluşum yönünde değil, aspartat oluşum yönünde işler.

AST aminoasit 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.

2. DEAMİNASYON Aminoasitlerin 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 aminoasit transdeaminasyonu atlar ve direkt olarak oksidatif deaminasyona uğrar.

Glutamatın deaminasyonu ile oluşan -ketoglutaratda TCA’da (Krebs çemberi, Trikarboksilik asit döngüsü) glukoz sentezinde kullanılır.

H

H3N+ C COOH

R

Amino grubu amonyak

kaynağıdır

Aminoasitin karboniskeletiveya ketoasit

Amonyak, hayvansal dokular için oldukça toksiktir.

Hayvanların çoğunda amonyak, ekstrahepatik dokulardan kana ve oradan da karaciğer ve böbreklere gönderilmeden önce nontoksik bileşik haline dönüştürülür.

Amonyağın organlar arasında taşınması işinde glutamin önemli rol oynar.

Beyin dahil birçok dokuda amonyak, glutamin sentetaz etkisiyle glutamat ile kombine olarak glutamin oluşturur.

Glutamin, amonyağın nontoksik bir transport şeklidir; normalde kanda diğer amino asitlerden çok daha yüksek derişimde bulunur.

Glutamin biyosentetik tepkimelerin bir kısmında amino grubu kaynağı olarak da işlev görür.

Glutamin kanla karaciğer ve böbreğe taşınır

Glutaminaz enzimiyle glutamini

glutamat ve NH4+’e çevirir.

Alanin amino gruplarını, glukoz-alanin döngüsü olarak adlandırılan bir yolla, nontoksik bir yapıda karaciğere taşıyarak önemli bir rol oynar.

Kas ve diğer bazı dokularda yakıt olarak yıkılan amino asitlerin amino grupları transaminasyonla glutamat yapısında toplanır.

Glutamat Karaciğere taşınmak için glutamine çevrilebilir veya α-amino grubunu alanin amino transferaz aktivitesiyle, kas glikolizinin hazır kullanılabilir bir ürünü olan piruvata transfer edilebilir.

Böylece oluşan alanin kana geçer ve karaciğere ulaşır.

Hepatositlerin sitozolünde alanin amino transferaz amino grubunu alaninden α-ketoglutarata taşır, piruvat ve glutamat oluşur.

Glutamat mitokondriye girebilir, glutamat dehidrogenaz tepkimesi NH4

+ açığa çıkarır veya

oksaloasetatla transaminasyona uğrayarak, üre sentezinin diğer azot vericisi olan aspartat oluşur.

Kuvvetli kasılan iskelet kasları anaerobik olarak çalışır, glikolizden piruvat ve laktat ürettiği gibi protein yıkımından amonyak üretir.

Piruvat ve laktat glukoza dönüşerek kasa geri dönerken, amonyak atılım için üreye çevrilir

Azot atımı ve Üre Döngüsü Amin grupları, eğer yeni amino asitlerin sentezi veya diğer

azotlu ürünlerin üretimi için yeniden kullanılmayacaksa tek bir son atım ürününe yönlendirilir.

Suda yaşayan çoğu türlerde (kemikli balıklar gibi) amino azotu amonyak şeklinde atıldığından ammonotelik hayvanlar olarak adlandırılır; çoğu hayvanlar üreotelik olup amino azotunu üre şeklinde atar; kuşlar ve sürüngenler ürikotelik’tir, amino azotunu ürik asit olarak atar.

Üreotelik organizmalarda amonyak hepatositlerin mitokondrisi içine depolanarak üre döngüsü içinde üreye çevrilir.

Üre yapımı daima karaciğerde gerçekleşir. Üre kan akımına geçerek böbreğe gelir ve idrara geçer.

Üre Döngüsü

Üre döngüsüne azot akışı bir organizmanın diyetine göre değişir.

Diyet başlıca proteinse amino asitlerin karbon iskeletleri yakıt olarak kullanılarak fazla amino gruplarından daha çok üre yapılır.

Uzun süreli açlık durumlarında organizmanın metabolik enerjisini sağlamak için kas protein yıkımı başladığında üre üretimi de önemli ölçüde artar.

Karaciğer Aminoasit katabolizmasında major rol oynayan

organdır. Lösin, izolösin ve valin hariç tüm aminoasitlerin katabolizmasına katılır. Ayrıca nonesansiyel aminoasitlerin 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 reaksiyonları sadece karaciğer mitokondrilerinde gerçekleşmektedir

İskelet kası:

Vücutta en fazla yer kaplayan dokulardan biridir ve nonhepatik aminoasit katabolizmasının önemli bir kısmını gerçekleştirir.

Kas doku, dolaşımdan aminoasitleri spesifik proteinlerinin sentezi için alır ve alanin, aspartat, glutamat ve dallı zincirli amino asitlerin katabolizmasına katılır.

Diyet protein

Doku protein A. asitlerAzotlu bileşikler

Keton cisimleri

karbohidratlar

Glutamattaki amino grubu

Asetil CoA

ÜRE

Amino asit metabolizmasının özeti

Plazma Üresi:

ÜreAmino asitlerÜrik asitKreatininKreatinamonyak

Proteinler dışında kalan azotlu bileşikler

Üre, protein dışındaki azotlu bileşiklerin yaklaşık yarısını oluşturur.

Ürenin %90’ından fazlası idrar ile atılır. Ürenin glomerül filtrasyonu tamdır.

Kandaki üre konsantrasyonu 2.14 ile bölünürse BUN (kan üre azotu) konsantrasyonu elde edilir.

BUN, glomerül fonksiyonunu gösteren bir parametredir.

Normal BUN değeri: 10-20 mg/dL. (< 20 mg/dL)

Artmış BUN düzeyleri (150-200 mg/dL) ciddi glomerül fonksiyon bozukluğunu gösterir

Düşük BUN düzeyleri (6-8 mg/dL) su fazlalığı (emilim bozukluğu) durumlarında görülür.

Plazma üre düzeyleriBöbrek hastalıkları tanısında kullanılır

-Yüksek protein diyeti-GIS kanamaları (artmış protein yıkımı)-Travma, cerrahi girişim, yanıklar- Su dengesi bozuklukları - Kas kitlesi kaybı- İdrar yolu tıkanıklıkları- Üretral tıkanıklık

Kreatin biyosentezinde kullanılan amino asitler

Kreatin, glisin ve arjinin amino asitlerinden oluşur; S-adenozil metionin (SAM) de sentez sırasında metil vericisi olarak önemli rol oynar.

Kreatin, bütün dokularda meydana gelir ve gerektiğinde ATP oluşturmak için kullanılmak üzere kreatin fosfat haline geçerek kısmen depolanır.

Kreatin fosfat, kaslarda bol miktarda bulunan yüksek enerjili fosfat bileşiğidir; kas kasılması sırasında kreatin kinaz (CK) etkisiyle hemen kullanılabilecek bir yüksek enerjili fosfat sağlayarak ADP’den ATP oluşturur ve böylece kasılan kastan ATP’nin hızla eksilmesini önler.

Ağır aktivite patlamaları

Kas Glikojeni

Hafif aktivite veya dinlenme hali

Yağ asitleri, keton cisimleri, kan glukozu

Laktat

Fosfokreatin

Ağır aktivite patlamaları

Kreatin

Kas kasılması

Kreatinin idrarla atılım şeklidir. Kreatinin, glomerüllerden süzülür; geri emilmez; tubuluslerden az miktarda sekrete edilir. Kreatinin böbreklerden tamamen atıldığından glomerüler filtrasyon hızını ölçmek için kreatinin klirensi çok değerli bir ölçüdür.

Kreatinin klirensi, böbrekler tarafından kreatininden 1 dakikada temizlenen kan volümüdür; mL/dakika olarak kreatinin klirensi idrar ve serum kreatinin değerlerinden hesaplanır.

İdrarda kreatinin(%mg)

Kreatinin klirens x dakika idrar volümü(mL)

Serumda kreatinin(%mg)

Plazma üre ve kreatinin konsantrasyonları genellikle birlikte ölçülür:

Normal kreatinin düzeyi ile birlikte artmış BUN/kreatinin

oranı (prerenal azotemi)

-Dehidrasyon

-Protein katabolizması artışı

-Kas kitlesinde

- kortizol tedavisi

-GIS kanamaları sonrası proteinlerin reabsorbsiyonu

Normal BUN/Kreatinin oranı ile birlikte yüksek kreatinin ve BUN düzeyleri (Tipik böbrek hastalıkları)

- İleri düzey böbrek hastalıkları

- Akut böbrek yetmezliği*

*Akut böbrek yetmezliği böbrek

fonksiyonlarında saatler veya birkaç gün içinde

bozulmanın yol açtığı üre ve kreatinin gibi

nitrojen artık ürünlerinin birikmesi olarak

tanımlanır.

Amino asitler, Hepatositlerde protein sentezi için öncü moleküller olarak görev yaparlar. Plazma proteinlerinin çoğu karaciğerde sentezlenir.

Amino asitler karaciğerden kana, oradan da diğer organlara geçerek doku proteinlerinin sentezinde rol alırlar.

Bazı amino asitler karaciğer ve diğer dokularda nukleotidlerin, hormonların ve diğer azotlu bileşenlerin sentezinde öncü moleküllerdir.

Karaciğer ve diğer dokularda protein sentezi için gerekli olmayan amino asitler deaminasyona giderler. Asetil CoA ve sitrik asit döngüsü ara ürünleri oluşturmak için yıkılırlar

Uzun yemek arası periyotlarda kas proteinleri amino asitlere yıkılır. Bu amino asitler amino gruplarını transaminasyonla piruvata verirler ve alanin oluşur. Alanin karaciğere taşınır ve deamine olur. Piruvat hepatositlerde glukoneogenez ile kan

glukozuna dönüşür. NH3 dışarıya atılmak üzere üreye

dönüşür. Glukoz kan glikojen depolarını yeniden doldurur (GLUKOZ-ALANİN DÖNGÜSÜ)

Sitrik asit döngüsü ara ürünleri glukoneogenez yoluyla glukoz ve glikojene dönüşür Asetil CoA, sitrik asit döngüsü üzerinden ATP eldesi için okside olur veya, Depo için lipidlere dönüşebilir Amino asitlerin yıkılmasından ortaya çıkan amonyak hepatositler tarafından üreye çevrilir

Amino asitlerin karbon iskeletinin akıbeti

Amino asitlerden amino grubu transaminasyon veya deaminasyon olayları sonucunda ayrıldıktan sonra oluşan α-ketoasitler, amino asitlerin karbon iskeletidirler.

Pirüvat ve sitrik asit döngüsünün ara maddeleri glikoneogenez yolunda glukoza dönüşebilirler.

Karbon iskeleti pirüvat ve sitrik asit döngüsünün ara maddelerini oluşturan amino asitlere glikojenik amino asitler adı verilir.

Pirüvat ve sitrik asit döngüsünün ara maddeleri glikoneogenez yolunda glukoza dönüşebilirler.

Karbon iskeleti pirüvat ve sitrik asit döngüsünün ara maddelerini oluşturan amino asitlere glikojenik amino asitler adı verilir.

Asetoasetil KoA ve/veya asetil KoA üzerinden yağa dönüşebilen aminoasitlere ketojenik amino asitlerdir.

Kırmızı: ketojenik

Mavi: glukojenik

Amino asitlerin karbon iskeletinden, pirüvat, sitrik asit döngüsünün ara maddeleri veya asetil-KoA meydana gelir.