Biochimie descriptiv / Biochimie i toxicologie - Curs 2

Aminoacizii Aminoacizii sunt compui biochimici cu mas molecular mic i importan deosebit pentru organismul uman. Acetia sunt elemente structurale de baz care intr n componena proteinelor, compui cu proprieti biologice remarcabile. Aminoacizii au fost obinui din proteine prin hidroliza acid (HCl 6M) a legturilor peptidice. De asemenea, aminoacizii sunt precursori ai hormonilor (tiroxina) sau moleculelor specializate cu anumite funcii (dopamina-neurotransmitor). Primul aminoacid descoperit a fost asparagina (n rdcina i tulpina sparanghelului; 1806). Ultimul aminoacid, treonina, a fost descoperit n 1938. La nceput aminoacizii au fost denumii n funcie de sursa de provenien (asparagina din Asparagus, glutamatul din gluten i tirozina din brnza -tyros= brnz) sau dup alte proprieti (glicina-Glykos- dulce). Aminoacizii sunt prezeni n snge sau alte fluide biologice att n form liber ct i combinat. De asemenea, aminoacizii sunt precursori ai hormonilor, zaharurilor, purinelor, pirimidinelor, porfirinelor, vitaminelor sau aminelor cu rol fiziologic.

Structura aminoacizilor Structura aminoacizilor (ionizat) este ilustrat n figura 1. Proprietile chimice i fizice ale aminoacizilor sunt dictate de gruprile care sunt grefate pe atomul de carbon din poziia . La acest atom de carbon se disting urmtoarele grupri:

a) gruparea amino - grupare protonat (-NH3+) n condiii de pH fiziologice (pH 7); b) gruparea carboxil - grupare deprotonat (-COO-) n condiii de pH fiziologice; c) catena lateral - confer proprieti specifice aminoacizilor, fiind responsabil i

de asimetria atomului de carbon din poziia . Pn n prezent se cunosc 22 de aminoacizi care sunt elemente structurale de baz ale proteinelor, dintre care numai 20 sunt criptate de ctre codul genetic universal. Ceilali doi, selenocisteina i pirolizina (ultimul fiind prezent doar n componena proteinelor din bacterii sau arhee) fuzioneaz cu ADN-ul de transfer care este capabil s formeze perechi de baze cu codonii de stop ai ARN-ului mesager n timpul procesului de translaie. Doar n aceast situaie aceti doi aminoacizi pot fi ncorporai n proteine. Configuraia celor 21 de aminoacizi existeni n proteinele umane (excepie face aminoacidul glicina) este L (Figura 1, structura general ionizat a unui aminoacid la pH neutru).

Figura 1. Configuraia L- i D- a aminoacizilor

Pn n prezent se cunosc peste 200 de aminoacizi. Unii dintre acetia apar numai n plante sau n anumite microorganisme. n natur aminoacizii exist i n configuraia D. De exemplu, D-alanina acizii D-glutamic i D-aspartic intr n componena peptidelor

din peretele bacterian. Fluidul intracelular al unor viermi marini i nevertebrate conine drept component principal D-aminoacizii, iar n unele crustacee marine cantitatea acestora poate depi 1%. De asemenea, acidul D-aspartic, D-asparagina, acidul D-glutamic, D-glutamina, D-serina i D-alanina au fost detectai n majoritatea plantelor, n timp ce D-prolina, D-valina, D-leucina and D-lizina doar n unele plante (angiosperme dicotiledonate). Proteinele metabolice stabile din mamifere conin cantiti nsemnate de acid D-aspartic rezultat n urma procesului de racemizare: concentraia acidului D-aspartic n materia alb creierului atinge circa 3%, iar n proteina bazic din mduva spinrii pn la 10%. Laptele, carnea i diversele cereale, care nu conin cantiti substaniale de D-aminoacizi, sufer adesea n decursul procesrii fenomenul de racemizare. Mai mult, concentraia D-aminoacizilor din probele de lapte (bio) crete substanial n decursul stocrii la 4 oC. Astfel, se recomand determinarea coninutului de D-alanin pentru a monitoriza eventualele contaminri ale laptelui cu bacterii.

Concentraia aminoacizilor n sngele total este de 5-8 mg/ml. S-a constatat o cretere a concentraiei aminoacizilor n snge n cazul afeciunile acute ale parenchimului hepatic, icterelelor, cirozelor, leucemiilor, nefritelor sau intoxicaiilor cu arsen sau fosfor. Variaiile patologice ale acestora sunt corelate n multe situaii cu erorile metabolice nnscute, ncadrndu-se n sindroamele cu severitate ridicat i pot fi asociate n unele cazuri cu debilitate mintal. Hiperaminoacidimiile se produc prin inhibiia sistemului de transport tubular (n care nivelul plasmatic al aminoacizilor rmne neschimbat) sau datorit unui deficit enzimatic strict localizat. O cretere a nivelului total de aminoacizi din snge poate fi pus pe seama: eclapsiei (afeciune care survine, n general, la sfritul perioadei de sarcin, caracterizat prin convulsii asociate cu hipertensiune arterial), intoleranei la fructoz, cetoacidozei, insuficienelor renale sau instalrii sindromului Reye (care apare la copii cu vrstele ntre 4-12 ani crora le-a fost administrat aspirin; se manifest prin meningit, encefalit, disfuncii ale ficatului). Scderea concentraiei totale a aminoacizilor din snge poate fi datorat: unei hiperfuncii cortico-suprarenaliane, bolii Hartnup (boal autozomal recesiv n care nivelele alaninei, valinei, treoninei, leucinei, fenil alaninei, tirozinei, histidinei sau glicinei sunt mai sczute; de asemenea scderea concentraiei de triptofan pot conduce la deficiene ale vitaminei B3 care se manifest prin dermatite), malnutriie, sindrom nefrotic, boala Huntington (afeciune neurodegenerativ rar, motenit genetic; apar disfunciile motorii tipice - micri spasmodice i involuntare ale braelor, picioarelor, toracelui i feei; simptomele timpurii pot fi i pierderea motivaiei i o modificare a strii emoionale depresie), artrit reumatoid sau febr Phlebotomus (provocat de musca de nisip Phlebotomus tasif; simptomele sunt: instalarea oboselii, pierderea n greutate, febr urmat de un focar de leziuni ale pielii).

Fenilcetonuria (idioia fenilpiruvic) este cauzat de un defect genetic al unei enzime care catalizeaz transformarea fenilalaninei n tirozin. Drept rezultat, n fluxul sangvin se acumuleaz o cantitate apreciabil de fenilalanin i produii acesteia de metabolizare (acid fenilpiruvic, acid fenilacetic i acid fenillactic). Concentraia ridicat de fenilalanin inhib o alt enzim, fapt care va induce diminuarea sintezei melaninei (un pigment de la nivelul pielii, prului, esutului pigmentat care st la baza irisului ochiului i peretelui de dincolo de urechea intern). Ca urmare bolnavii de fenilcetonurie au urmtoarele trsturi: tenul deschis, prul blond i ochi albatri.

Majoritatea aminoacizilor care intr n componena proteinelor se regsesc n urin, sub form liber. Coninutul zilnic de aminoacizi totali din urin este de 1-3 g. Aminoacizii cei mai reprezentativi sunt: glicina, histidina i derivaii metilai (1-metil-histidina i 3-metil-histidina), glutamina, serina, alanina, acidul -amino-butiric. n mod frecvent n urin se gsesc glicina, tirozina, leucina sau histidina. Zilnic se elimin aproximativ 210 mg histidin, 140 mg glicin i 100 mg taurin. Un aport proteic alimentar ridicat determin o cretere a cantitii de histidin, treonin, lizin sau tirozin.

Hiperaciduriile renale pot fi de mai multe tipuri: a) fiziologice: hiperacidurii globale, care apar ndeosebi la sugar i prematur;

datorate sistemelor enzimatice de transport; hiperaciduria i histinuria ce apar n sptmna a 5-a de sarcin;

b) patologice ce depind de mecanismele fiziopatologice: o aminoacidurii renale, prin tulburarea reabsorbiei tubulare, cu nivel

sangvin normal; o aminoacidurii prerenale cu nivel crescut de aminoacizi att sangvine ct i

n urin. Hiperaciduriile renale se caracterizeaz prin alterarea absorbiei unui singur aminoacid (glicocoluria) sau a unui grup de aminoacizi (cistina, lizina, arginina i ornitina-cistinuria; acidul glutamic, acidul aspartic - aminoaciduria dicarboxilic; metionina, tirozina, fenilalanina, acidul -hidroxibutiric - malabsorbia metioninei). Boala urinei cu miros de sirop de arar (MSUD- eng. Maple Syrup Urine Disease) este o boal cauzat de un deficit al enzimei care catalizeaza decarboxilarea oxidativ a aminoacizilor cu catena ramificat (valin, leucin i izoleucin) att n snge ct i n urin alturi de metabolii (cetoacizii derivai din acetia) imprimnd urinei un miros de sirop de arar. Deficitul n metabolizarea acestor aminoacizi induce apariia unor leziuni nervoase, ntrzierea dezvoltrii mentale sau n cazul formelor severe chiar la deces. n condiiile n care boala este depistat n primele luni de via se impune o alimentaie srac n valin, leucin i izoleucin, iar ansele de redresare a pacientului sunt ridicate. Concentraia aminoacizilor din lichidul cefalorahidian (LCR) este mai sczut dect cea plasmatic. LCR conine majoritatea aminoacizilor prezeni n plasm i esutul nervos (cu excepia 1- i 3-metil histidinei respectiv a cisteinei). Determinarea nivelului aminoacizilor poate furniza informaii importante legate de diferenierea meningitei tuberculoase de cea aseptic. Dac n ambele tipuri de meningit nivelul aminoacizilor aspartic, glutamic, GABA (acid -aminobutiric), glicinei, triptofanului sunt ridicate, n cazul meningitei tuberculoase scade nivelul de taurin i crete concentraia fenilalaninei din LCR.

Determinarea aminoacizilor n laboratorul clinic se efectueaz prin metoda Sorensen sau metode fotometrice (cu acid 1,2-naftachinon-4-sulfonic) sau fluorimetrice (n prezen de tioli i o-dibenzaldehid). n cazul separrii aminoacizilor prin cromatografia n strat subire sau HPLC (cromatografie de lichide de nalt performan) aminoacizii pot fi detectai prin reacia cu ninhidrina (coloraie violet purpura lui Ruhemann, doar prolina conduce la un produs colorat n galben sau verde-n funcie de pH) sau izatina (coloraie albastr intens cu prolina, roie cu valina i roz cu alanina).

Clasificarea aminoacizilor Aminoacizii pot fi clasificai dup urmtoarele criterii:

- proprietile chimice; - utilitatea acestora n biosinteza proteinelor; - necesitatea biosintezei acestora pentru organism; - implicarea lor ca substrat n procesul de gluc