Protein Metabolizması Doç. Dr. A. Eser ELÇİN

AZOTLU BİYOMOLEKÜLLERİN METABOLİZMASI
Protein Metabolizması
Doç. Dr. A. Eser ELÇİN
Proteinler
• Makromoleküldür.
• Karbon, Hidrojen, Oksijen, Azot ve Kükürt
içerir.
• Azot %16 sını içerir. Anorganik azottur.
• Organizmanın azot gereksinimi karşılayan
tek ekzojen kaynaktır.
Amino Asitler
Aminoasitler, proteinlerin yapı taşlarıdır.
Birçok bileşiğin sentezinde çıkış maddeleridir.
Aminoasitler hiçbir hücre tipinde depolanmazlar,
bu nedenle günlük belirli bir miktardaki amino
asidin (özellikle esansiyel olanların), protein
şeklinde besinlerle birlikte alınması gereklidir.
Proteinlerin Organizmadaki Fonksiyonları
1- Vücut dokularının onarım ve yapımında kullanım.
2- Enzim, hormon gibi yaşamsal olayları düzenleyen
kimyasal regülatörlerin bileşiminde yer alma.
3- Vücuttaki asit-baz dengesini normal düzeyde
tutmak için tampon vazifesi görmek.
4- Kalıtsal faktörler için kromozom ve genlerin
yapısında bulunmak.
5- Kasların kontraksiyonunda görev almak.
6- Enerji veren diğer besin unsurları (Karbonhidrat
ve yağ) yeteri kadar alınmazsa veya diyetle fazla
protein alınırsa enerji sağlamak.
Karbonhidratlardan 4 kalori/gram
Aminoasitlerden 4 kalori/gram
Lipitlerden 9 kalori/gram enerji sağlanır.
Ancak proteinlerin temel görevi enerji sağlamak
değildir.
Amino Asit Metabolizması şek. 14.2
Protein Yıkımı
• Proteinler için tamir mekanizması olmadığı için
değişen yada bozulan proteini organizma yıkıp
yeniden yaparak fonksiyonunu kazandırır. Bu
işleme PROTEİN DÖNÜŞÜMÜ denir.
• Günde yaklaşık 300 g protein yıkılır.
• 20-35 gram azota eşdeğer aa serbestleştiği, bun da
%75-80 ‘inin tekrar protein sentezinde kullanılır.
• 5-7 g arasında her gün azot kaybı olur.
• İdrar , dışkı, deri ve diğer yollarla atılır. (şek.14.3)
Yapısal biyolojik sinyaller
• Yarı ömürleri iki saatten kısa proteinler
• Prolin (P), Glutamik asit(E), Serin(S),
Treonin(T) PEST-12. ve 60. aa
• İlk aa fenilalanin, lösin, lizin, aspartik asit,
arginin KISA
• İlk aa metyonin, serin, alanin, treonin, valin,
glisin UZUN
Hücresel Biyolojik sinyaller
• Yüksek sıcak dayanıklılık
• Etiket-Ubikitin (proteazom yolu) proteini
Aa lerin sınıflanması
•Eksojen-Esansiyel
Yarı esansiyel
EndojenNonEsansiyel
Valin
Glisin
Lösin
Alanin
İzolösin
Arginin, histidin
Serin
Treonin
Sistein
Metyonin
Aspartat, asparagin
Lizin
Glutamat, glutamin
Fenilalanin
Prolin
Triptofan
Tirozin
Proteinlerin Sindirimi ve Emilimi
• Mide
• IB
• Pankreas
• Damar
Mide hücreleri tarafından salgılanan ve mide
özsuyunda bulunan pepsin adı verilen bir
enzim yine mide özsuyundaki HCI
proteinlerin yardımıyla peptid bağlarını
yıkar. Çeşitli büyüklükte peptidler ve amino
asitler meydana getirir.
İnce bağırsağa geçen bu karışım burada
tripsin, kimotripsin ve karboksipeptitaz
enzimlerinin etkisi ile proteinlerin
çoğunluğu amino asitlere yıkılarak emilirler.
Protein metabolizması, aslında amino
asitlerin metabolizmasıdır.
Besinlerle alınan proteinler organizma için
yabancı maddelerdir. Organizmanın
yararlanabilmesi için bu proteinlerin,
sindirim sistemi tarafından temel yapı
taşlarına yani amino asitlere kadar
yıkılmaları gerekir.
Proteinlerin sindirimi midede başlar ve
bağırsaklarda devam eder.
Aktif Pepsin
Besinlerden kaynaklanan amino asitlere
ek olarak önemli miktarda amino asit
doku metabolizması sırasında
sentezlenmektedir, ayrıca hücreler
içindeki proteinler devamlı olarak
yıkılmakta ve yeniden sentezlenmektedir.
Amino Asitlerin Hücre İçi
Reaksiyonları
• Transaminasyon: Bir amino asidin amino
grubunun bir keto aside taşınması (yeni amino
asitler oluşur)
• Deaminasyon: Amino asitlerdeki amino
grubunun amonyak şeklinde ayrılması (keto asitler
oluşur)
• Amino asitlerden metil ve diğer 1 karbonlu
birimlerin sağlanması (çeşitli bileşikler oluşur)
• Dekarboksilasyon: Amino asidin yapısındaki
karboksil grubunun CO2 halinde ayrılması
(biyojen aminler oluşur)
Transaminasyon
• Transaminaz enzimlerinin aracılığı ile amin
grubunun bir amino asitten bir alfa-keto asite
nakledilmesi sonucu yeni bir amino asit ve yeni bir
alfa keto asitin oluşması olayına transaminasyon
denilmektedir.
• Transaminasyon reaksiyonu katalize eden enzimlere
"transaminazlar"dır.
• Glutamik asitten, oksal asetik asite amin grubunu
transfer eden enzim glutamik oksal asetik transaminaz
(GOT) dır.
• Bir diğer enzim ise Glutamik pirüvik transaminaz
(GPT) enzimidir.
• Bu iki enzim klinik biyokimyada karaciğer
fonksiyonları yönünden çok önemlidir.
Transaminasyon
Pirüvat --> Alanin
Okzalasetat --> Aspartat
Alfa-ketoglutarat --> Glutamat
COO−
COO−
COO−
CH2
COO−
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
HC
NH3+
COO−
+
C
O
COO−
C
O
COO−
+
HC
NH3+
COO−
aspartate α-ketoglutarate oxaloacetate glutamate
Aminotransferase (Transaminase)
Glutamik pirüvik transaminaz (GPT) enzimi
Deaminasyon
Oksidatif Deaminasyon
H2
−
OOC C
glutamate
H2
C
H2O
NH3+
C
H
COO−
NAD(P)+
NAD(P)H
O
H2 H2
OOC C C C
α-ketoglutarate
−
COO− + NH4+
Glutamate Dehydrogenase
Oksitleyici Deaminasyon
Amino Asit + FAD + H2O a-Keto Asit + NH4+ FADH2
FADH2 + O2 FAD + H2O2
Katalaz: 2 H2O2 2 H2O + O2 tepkimesini katalizler
Serin gibi amino grubuna komşu bir
hidroksil grubu bulunan aminoasitlerin
katabolizması farklıdır.
+
H2O NH4
H2O
HO
CH2
H
C
COO−
NH3+
serine
Serine Dehydratase
H2C
C
COO−
O
H3C
C
COO−
NH3+
aminoacrylate
pyruvate
Hidrolitik Deaminasyon
Glikojenik ve Ketojenik Aminoasitler
Esansiyel ve Esansiyel-Olmayan
Amino Asitler
• Esansiyel amino asitler: Vücutta sentezlenemezler,
dışarıdan alınmaları zorunludur.
Bunlar: valin, lösin, izolösin, treonin, metionin, fenilalanin,
triptofan, lizin ve gelişmekte olanlarda arjinin ile histidin.
Esansiyel olmayan amino asitler: Vücutta glikoliz ve
sitrat döngüsündeki ara ürünlerden sentezlenebilirler.
Bunlar: glisin, alanin, serin, sistein, prolin, tirozin,
glutamat, glutamin, aspartat, asparajin ve erişkinlerde
arjinin ile histidin.
Pirüvata Dönüşen Amino Asitler
Okzalasetata Dönüşenler
Asetoasetil CoA’ya
dönüşen aminoasitler
α-ketoglutarat’a
dönüşen aminoasitler
NH3’ın Atılması
• Deaminasyon sonunda açığa çıkan NH3 toksik
bir maddedir.
• Krebs çevriminde görevli α-ketoglutaratı
glutamata çevirir. Bu durumda beyindeki
solunum durur.
• Keton cisimleri artar.
• pH değişir.
• NH3’ın uzaklaştırılması organizma türüne
göre farklı şekilde gerçekleşir.
Amonyağın Atılması
O
H2N
C
H2N
Memelilerde Üre
H
N
HN
O
O
O
N
H
N
H
Kuş ve sürüngenlerde Ürik Asit
Üre Çevrimi
CPSI: Karbamil P sentetaz
OTC: Ornitin Transkarbamilaz
Karbamil Fosfat Sentezi
Toplu Üre Reaksiyonları
Kaslardan NH3 Taşınması
Deaminasyon sonucunda açığa çıkan NH3’ın karaciğere
taşınmasında iki yolu vardır. Kaslarda glikoz-alanin çevrimi
ile taşınma olur
Diğer Dokularda NH3 Taşınması
• Glutamin sentetazın etkisi ile amonyak ve
glutamattan glutamin sentezlenmesidir.Glutamin
kanla karaciğere gelir ve orada glutaminaz
enziminin etkisi ile glutamat ve amonyağa ayrılır.
• Glutamat
Glutamat
Üre
NH3
ATP,
NH3 Glutamin sentaz
• Glutamin
H2O
Glutamin
HEM Molekülünün Parçalanması
Azot Tutulması ve Aminoasit
Biyosentezi
• Biyokimyasal sentezler için gerekli olan
azot sınırlı olduğundan kullanımında
ekonomik davranır. Çok az kısmını atarlar.
• Atmosferde bulunan çok miktardaki azot
çok az canlı tarafından tutularak kullanılır.
• Azot dengesi: Normal halde yetişkinlerde
organizmaya giren azot ile organizmadan
çeşitli yollarla atılan azot arasında bir denge
vardır. Büyümekte olan çocuklarda, gebelikte
ve hastalıktan sonraki iyileşme devresinde
alınan azot, dışarıdan atılan azottan fazladır.
Bu duruma"pozitif azot dengesi" denir.
• Ateşli hastalıklarda yeterli protein alınmaması
halinde, albuminüri veya diğer katabolik
hastalıklarda vücuda girenden daha fazla
dışarı atılır. Bua "negatif azot dengesi" denir.
Azotun Tutulması
• Azot bakterileri azotu tutup amonyağa
çevirirler.Bunda görevli enzim nitrogenaz
enzimidir.
• Nitrogenaz enzimi N2 de bulunan güçlü
üçlü bağı indirger.
Azotun Tutulması
N2 + 8 H+ + 8 e- + 16 ATP 2 NH3 + H2 + 16 ATP + 16 Pi
Nitrit ve Nitratın İndirgenmesi
• Toprakta bulunan bazı bakteriler ihtiyaçları olan
enerjiyi sağlamak için amonyak molekülünü nitrit
ve nitrata çevirirler. Bu bakterilerin sayısı çok fazla
olduğundan toprak nitrat bakımından zengindir.
• Varolan nitratın indirgenmesi iki basamakta olur.
• NADPH, FAD, Fe4S4, Mo6+ ,NO3-, NO2sırasında e akışı olur.
• NADPH + H+ + NO3NADP+H2O + NO2
• 3NADPH + 4H+ + NO23NADP+2H2O
+ NH3
Amonyak Tutulması
• Canlılarda NH3 tutulma reaksiyonlarından
birisi de glutamatın, glutamine dönüşmesidir.
• Burada görevli enzim glutamin sentetazdır.
• Azot metabolizmasında glutamin çok önemli
bir yer tutar.
NH3 tutulmasında
görevli enzimin
düzenlenmesi çok
önemlidir. Bu
düzenleme
kümülatiftir.
Yani bir tek inhibitör
enzimi inhibe edemez.
Ancak bütün
inhibitörler birden
bağlanırsa enzim
inhibe olur.
NH3 Tutulması III
Net 2 mol amonyak tutulmuş olur.
Amino Asit Biyosentezi
Transaminasyonla aspartat sentezi
Transaminasyonla Alanin Sentezi
Transaminasyonla Asparagin Sentezi
Glutamattan Prolin Sentezi
Krebs Çevrimi Ara Ürünlerinden
Amino Asit Sentezi
1.
3.
2.
4.
Serin Sentezi
GLİSİN –Sentezler
• HEM
• Kreatin
• Glutatyon
• Purin
Beyin ve Omurilikte inhibitör nörotransmitter
olarak görev yapar.
Glisin Sentezi
Bazı aminoasitlerin
ve önemli bazı
bileşiklerin sentezi