2. Fehérjék lebontása Táplálékfehérjék lebontása

1. A nitrogén körforgása

2. Fehérjék lebontása

Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká

Saját fehérjék lebontása

Féléletidő szabályozása

Ubikvitin konjugáció

Proteaszómális lebontás

3. Aminosavak lebontása

Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével

Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)

Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus

Aminosavak szénláncának lebontása

4. Nitrogénfixáció

5. Ammónia-asszimiláció

Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll

Glutamin szintetáz

Karbamoil-foszfát szintézis

6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak

7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak

Pirimidin nukleotidok szintézise

Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek

Purin nukleotidok szintézise

Dezoxiribonukleotidok szintézise

Timidilát szintézis

A nitrogén körforgásaAz aminosavak N-tartalma

ammóniából, ez pedig végső

soron légköri N2-ből

származik.

Aminosavak

felhasználása:

- fehérjeszintézis

- N-forrás nukleotidok,

neurotranszmitterek,

porfirin-vegyületek

számára

(diazotrófok)

N2 fixáció

A pillangósok gyökerén szimbiózisben élő Rhizobium baktériumok a

legfontosabb nitrogénfixálók. Az bioszféra éves produkciója 1011 kg N2

megkötése. (A Nif géncsoport 18 gént tartalmaz.)

N2 + 3H2 -> 2NH3 G0 = -33,5 kJ/mol

Az ammónia képződése termodinamikailag kedvező.

A N2-fixáció során történő ATP-felhasználás az igen magas

kinetikai gát leküzdéséhez szükséges.

„Azote” (Lavoisier): „élettelen” (inert sajátság)

N≡N kötési energia 942 kJ/mol

Haber-Bosch ipari ammónia-szintézis:

500°C, 300 atm, Fe katalizátor

N2-fixáció globális megoszlása

60 % biológiai N2 fixáció

15 % villámlás, UV-sugárzás

25 % ipari folyamatok

A nitrogenáz komplex dinitrogenáz-reduktázból és dinitrogenázból áll

és az alábbi reakciót katalizálja.

N2 + 8 e- + 8 H+ +16 ATP + 16 H2O 2 NH3 + H2 + 16 ADP +16 Pi

O2-szint alacsonyan tartása: leghemoglobin

(fotoszintézis, oxidatív folyamatok)

A dinitrogenáz-reduktáz két azonos

alegységből álló, vas-kén

centrummal összekapcsolt P-loop

NTPáz fehérje.

A dinitrogenáz-reduktáz szerepe az,

hogy az erősen negatív

redoxpotenciálú ferredoxinról

elektronokat szállítson a

dinitrogenáz komponensre.

Az ATP-hidrolízis okozta

konformáció-változás elősegíti az

elektrontranszfert a dinitogenázra.

A dinitrogenáz egység

2 2 tetramer, amely

két FeS és két FeMo

centrumot tartalmaz.

Az elektronok a P

cluster FeS centrumára

érkeznek és tevődnek

át a különleges FeMo

redox centrumra, ahol

a nitrogén fixálása

játszódik le.

Homocitrát

két 4Fe-3S részklaszter

+ 1 központi szulfidion

két M-3Fe-3S részklaszter

+ 3 központi szulfidion

http://www.genome.jp/Fig/compound/C01251.gif

A FeMo centrum köti a nitrogént és fellazítja az N2 molekula

kötésrendszerét.
















Glutamin szintetáz









A glutamát dehidrogenáz baktériumokban és növényekben NADPH

koenzim jelenlétében az -ketoglutarát – glutamát reakcióval hasznosítja

az ammóniát.

A gerincesek májában található enzim nem tesz különbséget NADH és

NADPH között.

Az ammónia asszimilációja

Schiff-bázis királis!

Sztereokémiai kontroll

A glutamát dehidrogenáz aktívhelye sztereospecifikusan az akirális

-ketoglutarátból az L konfigurációjú glutamátot szintetizálja.

A többi aminosav szintézisekor a szereokémiai kontroll (azaz a

megfelelő kiralitású vegyületek szintézisének biztosítása) PLP által

közvetített transzaminációs reakciókban valósul meg.
















Glutamin szintetáz









Az ammónia hasznosításában és

szállításában a glutamin amid

nitrogénnek fontos szerepe van.

A glutaminsavba a glutamin

szintetáz épít be újabb

ammóniumiont acilfoszfát

intermedieren keresztül.

A glutamin szintetáz minden

organizmusban megtalálható.

Baktériumokban és növényekben

primer szerepe az ammónia

asszimilációja.

Heterotróf élőlényekben a

glutamin központi szerepet játszik

a nitrogéntartalmú vegyületek

anyagcseréjében.

A glutamin szintetáz (E. coli) szerkezete

Az enzim 12 azonos alegységből áll, melyek két hexagonális gyűrűbe

rendeződnek. Az enzim többszörös reguláció alatt áll, működését

egyrészt kumulatív allosztérikus visszacsatolás (feedback), másrészt

reverzibilis kovalens módosítás szabályozza.

A glutamin szintetáz kumulatív

alloszterikus feedback regulációja

Az enzimet a gutaminból kiinduló

szintézisek különböző végtermékei

részlegesen gátolják - ezek gátló

hatása összeadódik.

A glicin és az alanin az aminosav-

anyagcsere általános állapotának

indikátoraiként szabályozzák az

ammónia belépését a

nitrogéntartalmú vegyületek

anyagcseréjébe.

A glutamin szintetáz szabályozása reverzibilis kémiai módosítással

Az enzim minden alegységén egy specifikus tirozin oldallánc

reverzibilisen adenilálható. Az adenilált enzim kevésbé aktív, és

fokozott érzékenységet mutat a kumulatív allosztérikus inhibitorokra. Az

adenilálást és deadenilálást ugyanaz az adeniltranszferáz (AT) enzim

végzi a hozzá kapcsolódó P regulátor fehérje állapotától függően.

A regulátor fehérje két alakjának átalakítását az uridiltranszferáz végzi,

melynek működését metabolitok szabályozzák.

(Kaszkád reakció)
















Glutamin szintetáz









Az ammónia asszimilációjának harmadik lehetséges módja a karbamoil-

foszfát szintézise
















Glutamin szintetáz









E. coli mind a 20

aminosavat képes

szintetizálni, az ember

csak 11-et.

A sok szintetikus lépést igénylő aminosavak váltak esszenciálissá, mert

az evolúció során valamelyik szintetikus részlépés kiesett.

Aminosav(ak) deficienciája ->

Negatív nitrogén mérleg: a fehérje-lebontás mértéke meghaladja a

fehérje-szintézisét ->

a nitrogén a táplálékkal elfogyaszottnál nagyobb mennyiségben ürül.

Az aminosav szintézisek a prekurzor alapján családokba rendezhetők.

1 lépés

1 lépés

1 lépés

Az aminosavak széntartalma a

glikolízis, a pentózfoszfát útvonal

és a citromsavciklus

intermediereiből származik.

(vastag betű = esszenciális aminosav)

de novo 10 lépés,

ornitinből 3 lépés

az urea ciklusban

de novo 10 lépés,

fenilalaninból 1 lépés
















Glutamin szintetáz









Nukleotidok biológiai szerepei

• Nukleinsav szintézis (DNS, RNS)

• Energiaforgalom (ATP, GTP, NAD, FAD)

• Bioszintetikus folyamatok (UDP-glükóz, glikogén)

• Jelátvitel (cAMP, cGMP, GTP, ATP/kinázok)

• Nukleotid szintézis enzimek: terápiás célpontok (rák)

Nukleotid szintézis „de novo” és „salvage” útvonalai

De novo: egyszerűbb

vegyületekből

- pirimidin nukleotidok: bázis

szintézise, ezután ribózra

kapcsolás

- purin nukleotidok: ribóz-

alapú szerkezetre

Salvage: kész bázisok ribózra

kapcsolása

(PRPP: 5-foszforibozil-1-pirofoszfát)

A dezoxiribonukleotidok a

ribonukleotidokból

szintetizálódnak.
















Glutamin szintetáz









Pirimidin nukleotidok

de novo szintézise(Gln oldalláncból)

CPS (karbamoil-

foszfát szintetáz)

Pirimidingyűrű szintézise:

Orotát szintézise karbamoil-foszfátból és aszpartátból

aszpartát

transzkarbamoiláz

kondenzáció,

gyűrűképződés

oxidáció

Orotát ribózra kapcsolása

(ribóz-5-foszfát (pentózfoszfát útvonal) + ATP --> )

pirimidin foszforibozil-transzferáz

Orotidilát dekarboxilezése, UMP képződése

Orotidilát dekarboxiláz: 1/78 M év -> 1/s (1017-szeres sebességfokozás)

Nukleozid mono-, di- és trifoszfátok átalakulásai

A specifikus nukleozid monofoszfát kinázok ATP-t használnak

foszfátdonorként:

UMP + ATP = UDP + ADP (UMP kináz)

A széles specificitású nukleozid difoszfát kinázok az NDP-NTP

átalakulást katalizálják:

XDP + YTP = XTP + YDP

A reakció a karbamoil-foszfát szintézishez hasonlóan játszódik le.

CTP keletkezése UTP aminációjával

Pirimidin nukleotidok

szintézisének összefoglalása
















Glutamin szintetáz









Az egyszénatomos, ún. C1 intermedierek transzferében a

tetrahidrofólsav koenzim játszik fontos szerepet

Emlősökben nem szintetizálódik: tápanyagból vagy bélflórából kerül felvételre

A tetrahidrofolsavhoz kapcsolódó C1 intermedierek átalakulásai

=>purin

nukleotidok

=>timin => metionin
















Glutamin szintetáz









A purinváz atomjainak eredete

1

PRPP-ből 5P-

ribozilamin

2

3

N10-formil-THF-ról

4

5

imidazolgyűrű záródása

6-7

karboxil kapcsolódás (hidrogénkarbonátból) és

transzfer (N3-ról C4-re)8

az Asp-nak csak az

aminocsoportja marad a

vázban, fumarát távozik

9

N10-formil-THF-ról

10

gyűrűzáródás, IMP képződés

AMP és GMP keletkezése IMP-ből
















Glutamin szintetáz









A dezoxinukleotidok a ribonukleotidok redukciója során szintetizálódnak.

Ribonukleotid reduktáz:

A ribóz C2 atomját

redukálja (OH csoportot

H-ra cseréli) Szubsztrátok:

NDP-k

Végső redukálószer:

NADPH (több köztes

lépésen keresztül)

A ribonukleotid reduktáz szerkezete, katalitikus és alloszterikus

kötőhelyei

Regulates

overall

activity

Regulates

substrate

specificity

A ribonukleotid reduktáz regulációja

A katalizis általános sebességét meghatározó kötőhely ATP-t (aktivátor)

vagy dATP-t (gátlózer) tud kötni

A szubsztrát-specifitást meghatározó allosztérikus hely biztosítja, hogy a

képződő dezoxinukleotidok megfelelő arányban keletkezzenek.
















Glutamin szintetáz









dTMP szintézise dUMP-ből

Timidilát szintáz

Metildonor: N,N-metilén-tetrahidrofolát

Uracil C5 nem jó nukleofil; enzim tiolát csoportja segíti elő a támadást az N5,N10-metilén

szénatomra

Hidridion transzfer a tetrahidrofolátról -> metiléncsoport metillé alakul

Protonelvonás a C5 atomról -> SH felszabadulás

A timidilát szintézis számos sejtosztódásra ható

kemoterápia célpontja

dihidrofolát analóg

A fluorodezoxiuridilát öngyilkos inhibitor mechanizmusa

Uracil C5 deprotonációt a H-F szubsztitúció megakadályozza

Stabil kovalens enzim-adduktum képződik

Documents

2. Fehérjék lebontása Táplálékfehérjék lebontása