metabolism proteic 1
TRANSCRIPT
METABOLISMUL PROTEIC
Planul capitolului
1.Generalitati
2. Digestie si absorbtie. Transportul aminoacizilor in celule
3. Sinteza AA
4. Degradarea AA
4.1. Cai generale;
4.1.1. decarboxilare,
4.1.2. transaminare, dezaminare oxidativa, generarea NH3
4.1.3. metabolismul NH3
4.1.4. sinteza de uree
4.2. Cai particulare (degradarea scheletului de carbon )
4.2.1. Metabolismul individual al aminoacizilor: Ser, Met, Phe, Trp
5. Utilizarea aminoacizilor in sinteza de produsi specializati: GSH, creatinina, Hem, Baze
azotate)
1. Generalitati
Proteinele sunt constituenti ai organismului ce indeplinesc multiple roluri: de transport, de
semnalizare, de aparare precum si rol structural si reglator. Ele sunt alcatuite din aminoacizi legati
intre ei prin legaturi peptidice. Aminoacizii ce intra in alcatuirea proteinelor pot fi clasificati in :
aminoacizi esentiali - care nu pot fi sintetizati in organism si trebuie adusi prin aport
alimentar
aminoacizi neesentiali - care pot fi sintetizati in organism.
Proteinele sufera un proces continuu de degradare si refacere/sinteza, in/din elementele
componente, proces ce poarta numele de turnover.
In procesul de degradare sunt hidrolizate proteinele provenite din aport alimentar cat si
proteinele endogene care sunt fie imbatranite fie alterate din cauza unor procese lezionale. In urma
hidrolizei proteinele sunt scindate la aminoacizii formatori care sunt fie degradati fie reutilizati pentru
diferite sinteze.
In procesul de sinteza se formeaza proteine noi din aminoacizi care fie provin din recliclarea
proteinelor imbatranite, fie aminoacizi proveniti din proteinele ingerate. Reutilizarea amino acizilor
in sinteza de proteine nu este complet eficienta deoarece unii dintre acestia sunt pierduti prin procese
oxidative sau reorientati spre sinteza de produsi specifici.
Cantitatea de aminoacizi liberi prezenti la un moment dat in organism poarta numele de fond
comun de aminoacizi.
Pentru sinteza proteinelor este nevoie ca toti cei 20 aminoacizi (care sunt specificati de codul
genetic) sa fie prezenti in fondul comun de aminoacizi. Lipsa unui singur aminoacid duce la blocarea
sintezei proteice, catabolizarea in exces a celorlalti aminoacizi si in final oprirea cresterii. In aceasta
situatie se instaleaza asa-numita balanta azotata negativa.
Prin balanta azotata se intelege diferenta dintre cantitatea de azot adusa in organism sub
forma de proteine si cantitatea de azot eliminata, in principal sub forma de uree si amoniac. Cand
aportul exogen compenseaza pierderile se spune ca balanta azotata este echilibrata.
La adultul sanatos balanta azotata este echilibrata iar la copii balanta aceasta este pozitiva
predominand procesele de sinteza (anabolismul).
2. Digestia si absorbtia proteinelor alimentare
Aportul alimentar de proteine este necesar pentru asigurarea unei balante azotate echilibrate.
Proteinele provenite din aportul exogen sunt molecule mari care nu pot fi absorbite ca atare
la nivel intestinal, de aceea ele trebuiesc degradate la elementele componente si anume aminoacizii
constituenti.
Degradarea proteinelor este realizata de enzime proteolitice sau proteaze care sunt secretate
in forma inactiva numite si proenzime sau zimogeni. Zimogenii sunt activati la locul actiunii (de
exemplu stomac sau intestin) sub influenta unor factori locali sau autocatalitic. Enzimele proteolitice
digestive rup legatura peptidica cu ajutorul apei motiv pentru care degradarea proteinelor provenite
din alimentatie poarta denumirea si de hidroliza proteinelor.
Aceasta clasa de enzime poate hidroliza legaturi peptidice situate in interiorul lantului
polipeptidic caz in care se numesc endopeptidaze, sau legaturi peptidice situate la extremitatile
lantului polipeptidic caz in care ele se numesc exopeptidaze (carboxipeptidaze, aminopeptidaze)
Digestia proteinelor incepe in stomac sub actiunea sucului si a enzimelor gastrice si este
finalizata in intestin sub actiunea enzimelor pancreatice si intestinale.
Degradarea proteinelor provenite din alimentatie este realizata de catre trei tipuri de enzime
proteolitice:
a. enzime gastrice: pepsina
b. enzime pancreatice: in principal tripsina, chimotripsina
c. enzime intestinale: aminopeptidaze
a. La nivel gastric asupra proteinelor ingerate actioneaza HCl si pepsina.
HCl indeplineste doua roluri: rol antiseptic de distrugere a bacteriilor si microorganismelor si
rol in denaturarea proteinelor, denaturare in urma careia acestea sunt despachetate devenind usor
accesibile enzimelor proteolitice.
Pepsina, principala enzima proteolitica, este sintetizata in forma inactiva de pepsinogen de
catre celulele seroase. Pepsinogenul este activat la pepsina sub actiunea HCl. In urma actiunii HCl
conformatia pepsinogenului este alterata astfel incat acesta se poate autocliva formand pepsina activa.
Acest tip de activare se numeste autocatalitic. In urma actiunii pepsinei asupra proteinelor rezulta un
amestec format din polipeptide si aminoacizi. Acest amestec are rolul de a stimula secretia
colecistokininei (hormon peptidic secretat de epiteliul intestinului subtire, eliberat in duoden cu rolul
de declansa secretia bilei si a enzimelor pancreatice din vezicula biliara respectiv din pancreas) in
intestin si de initia faza pancreatica a digestiei.
b. Patrunderea bolului alimentar in intestin declanseaza secretia exocrina a
pancreasului.
Acesta secreta bicarbonatul (cu rol in neutralizare sucului gastricI si enzimele digestive
(amilaza, lipaza si enzimele proteolitice). Enzimele proteolitice sunt:
tripsinogenului,chimotripsinogenul, proelastaza si carboxipeptidazele A si B. Acestea sunt secretate
in forma inactiva, (din punct de vedere al actiunii enzimatice) ajung in intestin unde sub actiunea
stimulilor locali (enteropeptidaze sau enterokinaze secretate de celulele intestinale) se activeaza la
tripsina, chimotripsina, elastaza si carboxipeptidaza. Tripsina formata actioneaza atat asupra altor
molecule de tripsinogen generand noi molecule de tripsina activa cat si asupra chimotripsinogenului
si altor zimogeni pancreatici (proelastaza, procarboxipeptidaze). Tripsina, chimotripsina si elastaza
sunt endopeptidaze in timp ce carboxipeptidazele sunt exopeptidaze. In urma actiunii tuturor acestor
enzime asupra amestecului de polipeptidelor rezultat la nivel gastric, acestea din urma sunt degradate
rezultand un amestec de oligopeptide (peptide cu numar mic de aminoacizi) si aminoacizi.
c. Digestia proteinelor este finalizata in intestin.
Acesta secreta la randul lui o serie de enzime proteolitice printre care se numara in principal
aminopeptidazele. Aminopeptidazele scindeaza succesiv aminoacizii de la capatul aminoterminal. In
urma actiunii lor rezulta aminoacizi individuali si oligopeptide cu numar mic de aminoacizi (2-4
aminoacizi) care pot fi transportati in celulele si astfel absorbiti la nivel intestinal. In enterocit
oligopeptidele sunt degradate la aminoacizii componenti in prezenta unor di/tripeptidaze.
Transportul aminoacizilor in celule
Transportul aminoacizilor in interiorul celulelor este realizat: fie in mod activ cu consum de
energie fie pasiv fara consum de energie in directia gradientului de concentratie, numit si transport
facilitat (fig 2) in prezena unor transportori specifici.
Absorbtia L-aminoacizilor in interiorul celulelor prin transport activ este realizata prin
doua mecanisme distincte care actioneaza in celule diferite:
a. prin transportori specifici simport cu Na+ (in intestin, tubii renali, muschi si alte tipuri de
tesuturi)
b. prin ciclul -glutamil (in principal in ficat si rinichi )
a. Transportul aminoacizilor prin transportori specifici (Na-dependenti) la nivelul
intestinului are ca scop absorbtia aminoacizilor rezultati in urma degradarii proteinelor ingerate.
Acesti transportori (au fost identificate cel putin 5 sisteme de transport transmembranar cu
specificitate multipla, pentru mai multi amino-acizi simultan) ce prezinta doua situsuri diferite: unul
pentru fixarea aminoacidului ce urmeaza a fi transportat si al doilea pentru Na+. Aminoacidul ce
urmeaza a fi absorbit si ionul de Na+ sunt introdusi simultan in celula intestinala (simport). Odata
ajunsi in enterocit, aminoacidul este apoi transporat in capilarul sanguin (pentru a trece in circulatia
porta) printr-un alt transportor specific prin difuzie facilitata fara consum de energie, iar Na+ este
expulzat din celula prin pompa Na+/K+ (fig 2).
b. Transportul aminoacizlor prin intermediul ciclului -glutamil are ca scop asigurarea
nevoilor celulare. Acest transport utilizeaza un mecanism diferit, care implica deasemenea consum de
energie si asigura translocarea aminoacizilor in anumite celule. Ciclul -glutamil utilizeaza 6 enzime,
una membranara celelalte situate in citozol (fig.3). Acest mecanism este activ la nivelul ficatului si
rinichiului si mai putin la nivelul intestinului si in celelate tesuturi. Transportul activ al aminoacizilor
de o parte si de alta a membranei celulare necesita prezenta a urmatoarelor elemente: enzima -
glutamil transferaza(-GT), glutationul (GSH) si energie sub forma a 3 molecule de ATP pentru
fiecare aminoacid transportat.
Determinarea activitatii -G are semnificatie clinica pentru enzima ce provine in special din
sistemul hepatobiliar. Cresterea activitatii -GT se intilneste in obstructia cailor biliare si boli
hepatice de etiologie alcoolica.
3. Sinteza aminoacizilor
Structura generala a unui aminoacid este prezentata in fig. 4; acesta contine o grupare
carboxil, o grupare amino iar ceea ce ramane dupa indepartarea gruparii amino poarta denumirea de
schelet al atomilor de carbon sau simplu schelet de carbon.
Din cei 20 aminoacizi ce intra in alcatuirea proteinelor, organismul uman poate sintetiza doar
11 (asa numitii aminoacizi neesentiali) restul de 9 sunt considerati esentiali.
Aminoacizii esentiali sunt acei aminoacizi care nu pot fi sintetizati in organism sau sunt
sintetizati in cantitate insuficienta in anumite perioade ale dezvoltatii acestuia cum este arginina
(Arg). Ei trebuie adusi prin aport alimentar sau prin administrarea -ceto acizilor corespunzatori
devine posibila sinteza aminoacizilor esentiali in organism prin reactia de transaminare. Reactia de
transaminare, prin care gruparea NH2 este transferata pe un -ceto acid este o reactie deosebit de
importanta deoarece datorita caracterului ei reversibil ea functioneaza atat in procesele anabolice cat
si in cele catabolice.
Aminoacizii esentiali pot fi usor retinuti daca se face asociere cu urmatorul acronim ”PVT
TIM HALL” .
Aminoacizii neesentiali sunt acei aminoacizi care pot fi sintetizati in organism. Structura
prezentata in fig 4 indica faptul ca in organism aminoacizii pot fi sintetizati prin:
- sintetiza scheletului atomilor de carbon. Aceasta are loc prin parcurgerea in sens invers a
reactiilor ce au loc la degradarea aminoacizilor, majoritatea reactiilor degradative fiind reversibile,
urmata de
- introducerea gruparii NH2 fie prin transmaninare fie prin parcurgerea in sens invers a
reactiei de dezaminare catalizata de glutamat dehidrogenaza (GlDH). GlDH este o enzima cheie in
metabolismul gruparii NH2, reactia catalizata de aceasta fiind reversibila si decurgand in directia
sintezei sau degradarii functie de concentratia reactantilor si balanta azotata a organismului la un
moment dat (vezi dezaminarea oxidativa pg...).
4. Degradarea aminoacizilor
Spre deosebire de glucide si lipide, protinele nu pot fi depozitate, motiv pentru care excesul
lor este catabolizat. In urma degradarii proteinelor, respectiv a aminoacizilor rezultati, se formeaza un
produs toxic numit amoniac (NH3) si o serie de compusi ce pot furniza energie in urma metabolizarii
lor la CO2 si H2O. Amoniacul este detoxifiat, la nivel hepatic, prin transformare in uree compus
netoxic.
Degradarea aminoacizilor are loc in toate tesuturile inclusiv cel hepatic cu exceptia
aminoacizilor cu catena ramificata (Val, Leu, Ile) care sunt degradati doar in tesuturile extrahepatice.
Aminoacizii sunt degradati prin mecanisme comune tuturor celor 20 aminoacizi (acestia
avand ca trasatura comuna prezenta gruparilor COOH si NH2) dar si prin mecanisme specifice
fiecaruia dintre ei. Degradarea lor nu are ca scop simpla eliminare ci si obtinerea de produsi cu
functie biologica sau generarea de energie in mod indirect prin sinteza de glucoza sau corpi cetonici.
Degradarea aminoacizilor urmeza:
a. cai comune de degradare – de indepartare a gruparii COOH proces numit
decarboxilare
- de indepartare a gruparii NH2 proces numit dezaminare
b. cai particulare de degradare – degradarea scheletului atomilor de carbon (fig 6)
4.1.1. Decarboxilarea
Decarboxilarea reprezinta indepartarea gruparii -COOH sub actiunea unor enzime specifice
numite decarboxilaze care utilizeaza drept coenzima vitamina B6 (piridoxal-fosfatul sau PLP). In
urma decarboxilarii din aminoacizi rezulta compusi numiti amine biogene care indeplinesc rol
biologic in organism. Reactiile de decarboxilare sunt cvasi ireversibile si apar in etapele finale de
sinteza a compusilor aminici (fig7) [Metzler]Astfel:
4.1.2. Indepartarea gruparii amino
Indepartarea gruparii -amino constituie primul pas in degradarea aminoacizilor. Gruparea
-NH2 din aminoacizi este degradata la un produs final numit amoniac, compus cu toxicitate mare.
La nivel hepatic acesta este transformat in uree care este un compus lipsit de toxicitate si usor de
eliminat pe cale renala.
Indepartarea gruparii amino este un proces complex desfasurat in mai multe etape care
implica participarea diferita a tesuturilor extrahepatice si a ficatului si poate fi realizata prin mai
multe mecanisme in mod oxidativ sau neoxidativ.
Mecanismul principal de indepartare a gruparii amino il reprezinta trans-dezaminarea sau
dezaminarea oxidativa, care se desfasoara astfel:
- in prima etapa are loc un procesul neoxidativ -- transaminarea
- in cea de a doua etapa are loc un proces oxidativ -----dezaminarea oxidativa
Transaminarea reprezinta transferul gruparii NH2 de la un aminoacid la un alfa cetoacid intr-
o reactie reversibila ce se desfasoara in prezenta unor enzime numite transaminaze ce au drept
coenzima vitamina B6 sub forma de piridoxal fosfat (PLP). Scopul transaminarii este colectarea
tuturor gruparilor NH2 pe un colector comun care este acidul -cetoglutaric (-KGlu), cu formarea de
acid glutamic. Reactia de transaminare are loc atat in tesuturile extrahepatice cat si in ficat si este
catalizata de transaminaze specifice fiecarui aminoacid conform relatiei generale (fig 9):
La nivel hepatic insa o importanta deosebita o au doua reactii: una catalizata de alanin
aminotransferaza (ALAT) sau GPT si celalta catalizata de aspartat aminotransferaza (ASAT ) sau
GOT.
Rolul important al ALAT la nivel hepatic este determinat de faptul ca o cantitate mare de
alanina ajunge aici provenind de la muschi. Prin urmare reactia catalizat de ALT are o pondere
considerabila la ficat. De altfel Ala si Gln sunt principalii transportori de azot (NH2) prezenti in
cantitatea cea mare in sange.
Reactia catalizata de ASAT reprezinta exceptia de la regula colectorului comun in sensul ca
acidul glutamic este cel care cedeaza gruparea amino acidului oxal acetic care se va transforma in
acid aspartic. Reactia ce duce la formarea acidului aspartic, desi reversibila, in procesul de degradare
al aminoacizilor decurge in directia formarii acidului aspartic deoarece acesta va deveni donor al
gruparii amino in procesul de ureogeneza (fig 10).
Dezaminare oxidativa
Dezaminarea reprezinta procesul de indepartare a gruparii -amino sub forma de amoniac
(NH3). Acest proces este unul oxidativ deoarece indepartarea gruparii amino este insotita de un
proces de oxidare la care participa coenzimele NAD/NADP (cazul general) sau FMN/FAD (caz
particular).
Reactia de dezaminare oxidativa are loc in ficat, muschi, rinichi, SNC si este catalizata de
enzima numita Glutamat Dehidrogenaza (GlDH) (Fig 11).
In figura 9 este evidentiat rolul de colector general al acidului -cetoglutaric cu formarea
acidului glutamic. Acesta din urma este singurul aminoacid care sufera o dezaminare oxidativa rapida
si eficienta.
Glutamat dehidrogenaza este o dehidrogenaza deosebita deoarece ea foloseste drept
coenzima atat NAD cat si NADP. Reactia catalizata de GlDH este reversibila sensul acesteia fiind
dictat de concentratia substratelor: Glu, (-KGlu) si raportul NAD/NADP.
In procesele de catabolice va predomina formarea de NH3 iar in cele anabolice acidul
glutamic care serveste ca precursor in diverse sinteze. Caracterul reversibil face ca acidul -
cetoglutaric si NH3 sa poata fi utilizati in sinteza de aminoacizi. Acest lucru e valabil atunci cand
concentratia NH3 este mare, situatie intalnita doar la nivel hepatic in zona periportala unde
functioneaza asa-numitul “ciclu intracelular al glutaminei” (vezi metabolismul NH3).
Glutamat Dehidrogenaza (GlDH) este modulata alosteric de NAD(P)/ADP care functioneaza
ca activatori ai enzimei si de NADPH/ATP care functioneaza ca inhibitori.
In concluzie actiunea transaminazelor (prin care se colecteaza gruparea amino de la
majoritatea aminoacizilor pe acidul -cetoglutaric) de generare a acidului glutamic urmata de
dezaminarea oxidativa a acestuia, reprezinta calea prin care gruparea -NH2 apartinand majoritatii
aminoacizilor este indepartata sub forma de NH3.
4.1.3.Matabolismul amoniacului (NH3)
Amoniacul este un compus toxic care se formeaza in toate tesuturile si organele. El provine
din urmatoarele procese:
a. degradarea aminoacizilor
b. degradarea nucleotidelor
c. actiunea bacteriilor intestinale si a ureazei
a. Majoritatea aminoacizilor sufera procesul de trans-dezaminare ca principala cale de
indepartare a gruparii alfa amino sub forma de amoniac. Unii aminoacizi insa pot elimina NH 3 in
afara acestui proces, astfel:
- histidina poate fi dezaminata direct eliminand NH4 si urocanat printr-o reactie catalizata de
o liaza [Popescu p 498]
- serina si treonina pot elimina NH4 printr-o reactie de dehidratare, in prezenta unei
dehidrataze comune, serin dehidrataza, ce are drept coenzima B6, reactie in urma careia rezulta
piruvat respectiv alfa ceto butirat (pg.....).
- asparagina si glutamina contin gruparea NH2 la catena laterala care poate elimina NH3 in
urma unei reactii de hidroliza rezultand acidul aspartic respectiv acidul glutamic( pg....)
b. In muschi si in creier dar nu si in ficat in ciclul nucleotidelor are loc eliminare de amoniac
[ Mark’s essentials p 473].
c. Prin actiunea bacteriilor intestinale asupra resturilor de proteine precum si a ureazei asupra
ureei prezente in secretiile intestinale rezulta deasemenea cantitati semnificative de amoniac.
Astfel degradarea proteinelor si a aminoacizilor se desfasoara in toate tesuturile si prin
urmare NH3 se formeaza in cantitati mari in ficat, creier, muschi, rinichi, intestin .
NH3 este detoxifiat in urma procesului de ureogeneza, proces ce se desfasoara la ficat, de
aceea este necesar un mecanism de transport al acestuia de la tesuturile in care se formeaza la ficat.
Deoarece chiar cresteri usoare ale amoniacului sunt toxice (in special pentru SNC) surplusul
de amoniac de la majoritatea tesuturilor este convertit la glutamina (Gln) forma sub care acesta este
transportat la ficat. Glutamina se formeaza in urma unei reactii ireversibile catalizata de glutamin
sintetaza. Glutamina este forma de transport, netoxica, a amoniacului. Acidul glutamic este
aminoacidul prezent in concentratia cea mai ridicata in sange, tocmai pentru a capta NH 3 si a
impiedica cresterea plasmatica a acestuia .
Glutamina (Gln) astfel formata la nivelul diferitelor tesuturi este eliberata in singe si
transportata la:
- ficat, unde NH3 eliberat de pe glutamina este transformat in uree, forma netoxica si usor
excretabila
- rinichi, unde NH3 este eliberat de pe glutamina si trimis in lumenul tubular unde impreuna
cu H+ este transformat in ionul de amoniu (NH4+) eliminat in urina. Formarea ionului NH4
+ contribuie
la mentinerea echilibrului acido-bazic prin conservarea cationilor (Na+).
Descarcarea NH3 de pe glutamina se face in prezenta unei enzime numita glutaminaza,
printr-o reactie ireversibila la care participa H2O (fig 14).
Ficatul se comporta intr-un mod particular in sensul ca el degradeaza glutamina la NH3 si
acid glutamic si in acelasi timp sintetizeaza glutamina din NH3 si acid glutamic.
Cele doua enzime responsabile de cele doua procese sunt localizate in segmente diferite
astfel:
- regiunea periportala (care este in contact cu sangele ce vine de la sistemul gastro-intestinal,
muschii scheletici) contine glutaminaza si enzimele ciclului ureei. Glutaminaza va elibera NH 3 si
glutamat care vor alimenta ciclul ureei ducand la detoxifierea NH3.
- regiunea perivenoasa (care este in contact cu sangele ce pleaca spre tesuturile extrahepatice
inclusiv rinichi) contine glutamin sintetaza. Aceasta localizare face ca NH3 care a scapat incorporarii
in uree sa fie captat sub forma de glutamina forma netoxica adecvata pentru transport.
Aceasta pozitionare a celor doua enzime permite controlarea fluxului de amoniac si dirijarea
lui spre uree sau spre glutamina (Gln) pentru excretia renala .
4.1.3. Sinteza de uree (ureogeneza)
Ureea reprezinta forma de eliminare a azotului proteic; ea se formeaza exclusiv la nivel
hepatic. Ureea este o molecula mica, solubila, usor excretabila la nivel renal.
Atomii care alcatuiesc molecula de uree provin de la CO2 prezent in mitocondrie, amoniac
(NH3) si acid aspartic (Asp) .
Sinteza ureei este realizata printr-o succesiune de reactii dintre care unele au loc in
mitocondrie (1,2) altele in citoplasm (3,4,5)
Carbamoil fosfat sintetaza (CPS I) responsabila de formarea carbamoil fosfatului exista
in doua forme:
o forma localizata in mitocondrie care actioneaza in ciclul ureei. Enzima este activata
alosteric de un compus numit N-acetilglutamina
o a doua forma, localizata in citozol (CPS II), care actioneaza in calea de sinteza a
bazelor pirimidinice
In reactia catalizata de CPS I se consuma 2 ATP: unul pentru activarea bicarbonatului
(HCO3-) forma sub care se gaseste CO2 in celula respectiv in mitocondrie si al doilea pentru fixarea
NH3 (fig 18):
Ornitil carbamoil transferaza (OCT) este enzima care catalizeaza formarea citrulinei.
Aceasta enzima se gaseste doar in mitocondria hepatica fapt care restrictioneaza formarea ureei doar
la acest organ. Cresterea concentratiei sanguine a OCT este un indiciu fidel al afectarii hepatice.
Citrulina formata in aceasta reactie este transportata din mitocondrie in citozol unde sunt
prezente celelalte enzime ale procesului ureogenetic. Iesirea citrulinei din mitocondrie se desfasoara
simultan cu intrarea ornitinei din citozol prin intermediul unui transportor care realizeaza inter-
schimbul intre cei doi compusi [Marks].
Reactia catalizata de arginino-succinat sintetaza formeaza o legatura chimica C – N intre
citrulina si aspartat pe seama scindarii ATP la AMP si PPa (echivalentul energetic al consumului a
doua molecule de ATP). In aceasta reactie este introdusa cea de a doua grupare NH2 prin intermediul
acidului aspartic, Asp (care a preluat grupare NH2 de la acidul glutamic printr-o reactie de
transaminare, vezi fig 10)
Arginin liaza este o enzima stereospecifica care catalizeaza formarea acidului fumaric
(izomer trans) nu si a izomerul acestuia acidul maleic (izomerul cis). Fumaratul este apoi transformat
in malat care este utilizat fie in gluconeogeneza fie regenereaza oxalacetatul. Acesta din urma poate
suferi reactia de transaminare (fig 10) preluand o noua grupare NH2 si regenarand aspartatul. Astfel
fumaratul poate fi reciclat la aspartat alimentand continuu ciclul ureei.
Arginaza este o enzima prezenta doar la nivel hepatic. Arginina este sintetizata si in alte
tesuturi dar numai ficatul o poate hidroliza motiv pentru care ureea se formeaza doar in acest organ.
In rinichi arginaza lipseste de aceea rinichiul nu poate sintetiza ureea. In urma hidrolizei a gruparii
guanidinice se formeaza ureea si ornitina; aceasta din urma este transportata in mitocondrie unde va
initia un nou ciclu de sinteza a ureei[Marks].
Bilantul energetic
Formarea ureei este un proces ce consuma 4 molecule de ATP astfel:
- 2 molecule de ATP sunt consumate in procesal de formare a carbamoil fosfatului
(reactia 1)
- 2 molecule de ATP (echivalentul energetic a doua molecule de ATP) in reactia de
formare a arginini succinatului (reactia 3)
Acest consum considerabil este justificat de toxicitatea mare a amoniacului . Ureea odata
formata este rapid indepartata pentru ea neexistand un prag renal de eliminare.
Reglarea ureogenezei
Procesul de formare a ureei este supus unui reglari care favorizeaza formarea si apoi
eliminarea ei. Astfel procesul este reglat prin:
- activare alosterica de tip feed-forward de catre disponibilitatea substratelor. Cu cat
se formeaza mai mult amoniac cu atat este favorizeaza formarea produsului final ureea. Aceasta din
urma indiferent de cantitatea formata, nu se acumuleaza si nu exercita un reglaj de tip feed-back
(caracteristic produsilor finali de metabolism), ea fiind eliminata pe masura ce se formeaza.
- activare de tip “feed-back”mecanism mai rar intalnit. Acumularea arginiei (produs
premergator ureei) activeaza sinteza N acetil glutamatului (NAG) care la randul lui este activatorul
enzimei carbamoil fosfat sinteteza (CPS I), enzima ce initiaza procesul (reactia 1).
- inductie enzimatica a enzimelor ce opereaza in ciclul ureei ca raspuns la accelerarea
metabolizarii proteinelor. Acest fenomen apare atat in consumul sporit de proteine cat si in inanitie
prelungita cand rezervele glucidice si lipidice au foste epuizate. In ambele situatii generarea de
amoniac sporeste si necesitatea procesarii si transformarii lui in uree creste. Din acest motiv inductia
enzimelor ciclului ureogentic este activata chiar in conditiile in care cantitatea enzimelor ciclului este
in exces [Marks].
Deficitele enzimatice ale enzimelor implicate in ciclul ureei.
Ciclul ureei este principalul mecanism de indepartare a amoniacului, compus toxic pentru
organism.
Deficitul enzimatic ale enzimelor implicate in ciclul ureei duce la scaderea capacitatii
ficatului de a transforma NH3 in uree avand ca urmare cresterea nivelelor de NH3, cunoscuta sub
denumirea de hiperamonemie.
Hiperamonemia prezinta urmatoarele simptome: instalarea vederii incetosate, dificultati de
vorbire, retardare mintala, coma, moarte.
Exita doua tipuri de hiperamonemii:
- hiperamonemia dobandita: in cirozele hepatice cauzate de consumul indelungat de alcool
sau in hepatitele obstructive cand se dezvolta o circulatie colaterala. Sangle nu mai are acces la
celulele hepatice ramase viabile si astfel este impiedicata detoxifierea amoniacului.
- hiperamonemia mostenita: ce apare ca urmare a deficitului enzimatic ale enzimelor din
ciclul ureei. Formele severe de deficit enzimatic nu sunt compatibile cu viata in timp ce formele
usoare duc la retardare mintala datorita efectului toxic al NH3 asupra SNC.
La nivelul SNC amoniacul este toxic deoarece consuma -cetoglutaratul (-KGlu), pe care il
sechestreaza sub forma glutamatului. Cum -cetoglutaratul este substrat in ciclului Krebs
consumarea acestuia urmata de imposibilitatea regenerarii lui (prin indepartarea gruparii NH2 din
glutamat) va diminua sinteza de ATP .