अमीनो एसिड चयापचय

प्रोटीन संरचना और संशोधित अमीनो एसिड बनाने वाले बीस अमीनो एसिड के बारे में बात करने के लिए, कम से कम बारह विशेष चयापचय मार्गों का वर्णन करना आवश्यक होगा।
लेकिन कोशिकाएं इतने सारे चयापचय मार्गों का उपयोग क्यों करती हैं जिनके लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए एंजाइमों की उत्प्रेरक साइटों को पुन: उत्पन्न करने के लिए), प्रत्येक में एंजाइमी पितृसत्ता के साथ, अमीनो एसिड को अपचयित करने के लिए? लगभग सभी अमीनो एसिड से, विशेष मार्गों के माध्यम से, मेटाबोलाइट्स प्राप्त करना संभव है, जो ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए छोटे हिस्से में उपयोग किए जाते हैं (उदाहरण के लिए, ग्लूकोनोजेनेसिस और केटोन निकायों के मार्ग के माध्यम से) लेकिन जो, सबसे ऊपर, जटिल के गठन की ओर ले जाते हैं अणु, कार्बन परमाणुओं की एक उच्च संख्या के साथ (उदाहरण के लिए फेनिलएलनिन और टायरोसिन से, हार्मोन अधिवृक्क ग्रंथियों में उत्पन्न होते हैं जो इस उद्देश्य के लिए विशिष्ट हैं); यदि एक ओर अमीनो एसिड से ऊर्जा का उत्पादन करना आसान होगा, तो दूसरी ओर छोटे अणुओं से शुरू होने वाले जटिल अणुओं का निर्माण करना जटिल होगा: अमीनो एसिड का अपचय उन्हें बड़ी प्रजातियों को प्राप्त करने के लिए अपने कंकाल का शोषण करने की अनुमति देता है।
एक स्वस्थ व्यक्ति द्वारा प्रतिदिन दो या तीन हेक्टोग्राम अमीनो एसिड का अवक्रमण किया जाता है: उनमें से 60-100 ग्राम आहार के साथ पेश किए गए प्रोटीन से प्राप्त होते हैं, लेकिन 2 हेक्टोग्राम से अधिक प्रोटीन के सामान्य कारोबार से प्राप्त होते हैं जो जीव का एक अभिन्न अंग हैं ( इन प्रोटीनों के अमीनो एसिड, जो रेडॉक्स प्रक्रियाओं से क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, दूसरों द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं और अपचयित होते हैं)।
अमीनो एसिड एटीपी के संदर्भ में एक ऊर्जा योगदान देते हैं: α-एमिनो समूह को हटाने के बाद, अमीनो एसिड के शेष कार्बनयुक्त कंकाल, उपयुक्त परिवर्तनों के बाद, क्रेब्स चक्र में प्रवेश कर सकते हैं। इसके अलावा, जब पोषक तत्वों की आपूर्ति में कमी होती है और ग्लूकोज की मात्रा कम हो जाती है, तो ग्लूकोनेोजेनेसिस सक्रिय हो जाता है: ग्लूकोनोजेनेटिक अमीनो एसिड वे कहा जाता है, जो उचित संशोधनों के बाद, ग्लूकोनेोजेनेसिस में पेश किए जा सकते हैं; ग्लूकोनेोजेनेटिक अमीनो एसिड वे होते हैं जिन्हें परिवर्तित किया जा सकता है पाइरूवेट या फ्यूमरेट में (फ्यूमरेट को मैलेट में परिवर्तित किया जा सकता है जो माइटोकॉन्ड्रियन को छोड़ देता है और, साइटोप्लाज्म में, ऑक्सालोसेटेट में बदल जाता है जिससे फॉस्फोइनोल पाइरूवेट प्राप्त किया जा सकता है)। सिरका-एसीटेट।
जिसका अभी वर्णन किया गया है वह एक बहुत ही महत्वपूर्ण पहलू है क्योंकि अमीनो एसिड तत्काल उपवास के मामले में चीनी की कमी को दूर कर सकता है; यदि उपवास जारी रहता है, तो दो दिनों के बाद लिपिड चयापचय में हस्तक्षेप होता है (क्योंकि प्रोटीन संरचनाओं पर बहुत अधिक हमला नहीं किया जा सकता है) यह इस चरण में है, क्योंकि ग्लूकोनेोजेनेसिस बहुत सीमित है, फैटी एसिड एसिटाइल कोएंजाइम ए और कीटोन बॉडी में परिवर्तित हो जाते हैं। आगे के उपवास से, मस्तिष्क भी कीटोन निकायों का उपयोग करने के लिए अनुकूल हो जाता है।

अमीनो एसिड से α-amino समूह का स्थानांतरण एक संक्रमण प्रतिक्रिया के माध्यम से होता है; एंजाइम जो इस प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करते हैं, वे कहते हैं, वास्तव में, ट्रांसएमिनेस (या अमीनो ट्रांसफरेज़)। ये एंजाइम पाइरिडोक्सल फॉस्फेट नामक एक एंजाइमेटिक कॉफ़ेक्टर का उपयोग करते हैं, जो इसके एल्डिहाइड समूह के साथ हस्तक्षेप करता है। पाइरिडोक्सल फॉस्फेट पाइरिडोक्सिन के फॉस्फोराइलेशन का उत्पाद है जो मुख्य रूप से सब्जियों में पाया जाने वाला एक विटामिन (बी 6) है।

ट्रांसएमिनेस में निम्नलिखित गुण होते हैं:

एक केटोग्लूटारेट-ग्लूटामेट α जोड़ी के लिए उच्च विशिष्टता;

उनका नाम दूसरे जोड़े के नाम पर रखा गया है।

ट्रांसएमिनेस एंजाइम हमेशा α केटोग्लूटारेट-ग्लूटामेट जोड़ी को शामिल करते हैं और इसमें शामिल दूसरी जोड़ी के अनुसार प्रतिष्ठित होते हैं।
उदाहरण:

एल"एस्पार्टेट ट्रांसएमिनेस यानी जीओटी (ग्लूटामेट-ओसाल एसीटेट ट्रांसएमिनेज): एंजाइम α-amino समूह को एस्पार्टेट से α-ketoglutarate में स्थानांतरित करता है, ऑक्सालोसेटेट और ग्लूटामेट प्राप्त करता है।

एल"ऐलेनिन ट्रांसएमिनेस यानी GTP (ग्लूटामेट-पाइरूवेट ट्रांसएमिनेस): एंजाइम α-amino समूह को "alanine" से α-ketoglutarate में स्थानांतरित करता है, पाइरूवेट और ग्लूटामेट प्राप्त करता है।

विभिन्न ट्रांसएमिनेस अमीनो एसिड के अमीनो समूह के एक स्वीकर्ता के रूप में α-ketoglurate का उपयोग करते हैं और इसे ग्लूटामेट में परिवर्तित करते हैं; जबकि, बनने वाले अमीनो एसिड का उपयोग कीटोन बॉडी के मार्ग में किया जाता है।
इस प्रकार की प्रतिक्रिया दोनों दिशाओं में हो सकती है क्योंकि वे एक ही ऊर्जा सामग्री के साथ बंधन तोड़ते हैं और बनाते हैं।
ट्रांसएमिनेस साइटोप्लाज्म और माइटोकॉन्ड्रियन दोनों में होते हैं (वे ज्यादातर साइटोप्लाज्म में सक्रिय होते हैं) और उनके आइसोइलेक्ट्रिक बिंदु में भिन्न होते हैं।
ट्रांसएमिनेस अमीनो एसिड को डीकार्बोक्सिलेट करने में भी सक्षम हैं।
ग्लूटामेट को वापस α-ketoglutarate में बदलने का एक तरीका होना चाहिए: यह डीमिनेशन द्वारा किया जाता है।
वहां ग्लूटामेट डिहाइड्रोजनेज यह एक एंजाइम है जो ग्लूटामेट को α-ketoglutarate में बदलने में सक्षम है और इसलिए, ग्लूटामेट के रूप में पाए जाने वाले अमीनो एसिड के अमीनो समूहों को अमोनिया में परिवर्तित करने में सक्षम है। जो होता है वह एक रेडॉक्स प्रक्रिया है जो मध्यवर्ती α-amino glutarate से होकर गुजरती है: अमोनिया और α-ketoglutarate जारी किए जाते हैं और परिसंचरण में लौट आते हैं।
फिर, अमीनो एसिड के अमीनो समूहों का निपटान ट्रांसएमिनेस (जो सब्सट्रेट के अनुसार भिन्न होता है) और ग्लूटामेट डिहाइड्रोजनेज से होकर गुजरता है, जो अमोनिया के गठन को निर्धारित करता है।
ग्लूटामेट डिहाइड्रोजनेज दो प्रकार के होते हैं: साइटोप्लाज्मिक और माइटोकॉन्ड्रियल; कोफ़ेक्टर, जो इस एंजाइम का सह-सब्सट्रेट भी है, NAD (P) + है: ग्लूटामेट डिहाइड्रोजनेज शक्ति को कम करने के स्वीकर्ता के रूप में NAD + या NADP + का उपयोग करता है। साइटोप्लाज्मिक रूप पसंद करता है, हालांकि विशेष रूप से नहीं, एनएडीपी + जबकि माइटोकॉन्ड्रियल रूप एनएडी + को पसंद करता है। माइटोकॉन्ड्रियल रूप का उद्देश्य अमीनो समूहों का निपटान करना है: यह अमोनिया (जो माइटोकॉन्ड्रियन में एक विशेष एंजाइम के लिए एक सब्सट्रेट है) और एनएडीएच (जिसे श्वसन श्रृंखला में भेजा जाता है) के गठन की ओर जाता है। साइटोप्लाज्मिक रूप विपरीत दिशा में काम करता है, अर्थात यह ग्लूटामेट (जिसमें एक बायोसिंथेटिक गंतव्य है) देने के लिए अमोनिया और α-ketoglutarate का उपयोग करता है: यह प्रतिक्रिया एक रिडक्टिव बायोसिंथेसिस है और इस्तेमाल किया जाने वाला कॉफ़ेक्टर NADPH है।
ग्लूटामेट डिहाइड्रोजनेज तब काम करता है जब अमीनो एसिड के अमीनो समूहों जैसे कि अमोनिया (मूत्र के माध्यम से) का निपटान करना आवश्यक होता है या जब ऊर्जा पैदा करने के लिए अमीनो एसिड के कंकाल की आवश्यकता होती है: इसलिए इस एंजाइम में नकारात्मक न्यूनाधिक के रूप में सिस्टम होंगे जो एक संकेत हैं अच्छी ऊर्जा उपलब्धता (एटीपी, जीटीपी और एनएडी (पी) एच) और सकारात्मक न्यूनाधिक के रूप में, सिस्टम जो ऊर्जा की आवश्यकता को इंगित करते हैं (एएमपी, एडीपी, जीडीपी, एनएडी (पी) +, अमीनो एसिड और थायरॉयड हार्मोन)।
अमीनो एसिड (मुख्य रूप से ल्यूसीन) ग्लूटामेट डिहाइड्रोजनेज के सकारात्मक न्यूनाधिक हैं: यदि अमीनो एसिड साइटोप्लाज्म में मौजूद हैं, तो उनका उपयोग प्रोटीन संश्लेषण के लिए किया जा सकता है, या उनका निपटान किया जाना चाहिए क्योंकि वे जमा नहीं हो सकते हैं (यह बताता है कि अमीनो एसिड सकारात्मक न्यूनाधिक क्यों हैं) ) .

अमोनिया का निपटान: यूरिया चक्र

मछलियाँ गलफड़ों के माध्यम से अमोनिया को पानी में डालकर उसका निपटान करती हैं; पक्षी इसे यूरिक एसिड (जो एक संघनन उत्पाद है) में बदल देते हैं और मल के साथ इसे खत्म कर देते हैं। आइए देखें कि मनुष्यों में क्या होता है: हमने कहा है कि ग्लूटामेट डिहाइड्रोजनेज ग्लूटामेट को α- में परिवर्तित करता है। केटोग्लूटारेट और अमोनिया लेकिन हमने यह नहीं कहा है कि यह केवल यकृत के माइटोकॉन्ड्रिया में होता है।
यूरिया चक्र के माध्यम से अमोनिया निपटान की एक मौलिक भूमिका माइटोकॉन्ड्रियल ट्रांसएमिनेस द्वारा निभाई जाती है।

यूरिया (NH2-CO-NH2) यूरिया चक्र द्वारा निर्मित होता है:
कार्बन डाइऑक्साइड, बाइकार्बोनेट आयन (HCO3-) के रूप में, कार्बोक्सी बायोटिन बनाने वाले बायोटिन कॉफ़ेक्टर द्वारा सक्रिय होता है जो कार्बामिक एसिड देने के लिए अमोनिया के साथ प्रतिक्रिया करता है; अगली प्रतिक्रिया एटीपी का उपयोग कार्बामाइल फॉस्फेट और एडीपी बनाने वाले कार्बामिक एसिड पर फॉस्फेट को स्थानांतरित करने के लिए करती है। (एटीपी का एडीपी में रूपांतरण कार्बोक्सीबायोटिन प्राप्त करने के लिए प्रेरक शक्ति है)। यह चरण किसके द्वारा उत्प्रेरित होता है कार्बामाइल फॉस्फेट सिंथेटेस और माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। कार्बामाइल फॉस्फेट और ऑर्निथिन एंजाइम के लिए सब्सट्रेट हैं ऑर्निथिन ट्रांस कार्बामाइलेज जो उन्हें साइट्रूलाइन में बदल देता है; यह प्रतिक्रिया माइटोकॉन्ड्रिया (हेपेटोसाइट्स) में होती है। उत्पादित साइट्रलाइन माइटोकॉन्ड्रियन छोड़ देता है और, साइटोप्लाज्म में, "की क्रिया" के अंतर्गत जाता हैआर्जिनिन सक्सेनेट सिंथेटेस: एक न्यूक्लियोफिलिक हमले और बाद में पानी के उन्मूलन के माध्यम से साइट्रलाइन के कार्बनयुक्त कंकाल और एक एस्पार्टेट के बीच संलयन होता है। आर्गिनिन सक्सेनेट सिंथेटेस एंजाइम को एटीपी अणु की आवश्यकता होती है, इसलिए एक ऊर्जावान युग्मन होता है: एटीपी से एएमपी और पाइरोफॉस्फेट का हाइड्रोलिसिस (बाद में ऑर्थोफॉस्फेट के दो अणुओं में परिवर्तित हो जाता है) सब्सट्रेट से एक अणु डी "पानी के निष्कासन से होता है। और माध्यम के पानी की क्रिया से नहीं।
"अगला एंजाइम है"आर्जिनिन सक्सेनासे: यह एंजाइम साइटोप्लाज्म के भीतर आर्गिनिन सक्सेनेट को आर्जिनिन और फ्यूमरेट में विभाजित करने में सक्षम है।
यूरिया चक्र एंजाइम द्वारा पूरा किया जाता है आर्गिनेज: यूरिया और ऑर्निथिन प्राप्त होते हैं; यूरिया का गुर्दे (मूत्र) द्वारा निपटान किया जाता है जबकि ऑर्निथिन माइटोकॉन्ड्रिया में वापस आ जाता है और चक्र को फिर से शुरू करता है।
यूरिया चक्र arginine द्वारा अप्रत्यक्ष मॉडुलन के अधीन है: arginine का संचय इंगित करता है कि यूरिया चक्र को तेज किया जाना चाहिए; arginine का मॉड्यूलेशन अप्रत्यक्ष है क्योंकि arginine एसिटाइल ग्लूटामेट सिंथेटेज़ एंजाइम को सकारात्मक रूप से नियंत्रित करता है। उत्तरार्द्ध एक ग्लूटामेट के नाइट्रोजन पर एक एसिटाइल समूह को स्थानांतरित करने में सक्षम है: एन-एसिटाइल ग्लूटामेट बनता है जो कार्बामाइल-फॉस्फो सिंथेटेज़ एंजाइम का प्रत्यक्ष न्यूनाधिक है।
अगर कार्बामाइल फॉस्फेट का उत्पादन ऑर्निथिन के निपटान के लिए पर्याप्त नहीं है, तो आर्गिनिन यूरिया चक्र के मेटाबोलाइट के रूप में जमा हो जाता है।
यूरिया का उत्पादन केवल यकृत में होता है लेकिन कुछ अन्य स्थान भी हैं जहां प्रारंभिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।
अमीनो समूहों को खत्म करने के लिए मस्तिष्क और मांसपेशियां विशेष रणनीतियों का उपयोग करती हैं। मस्तिष्क एक बहुत ही कुशल विधि का उपयोग करता है जिसमें एक एंजाइम का उपयोग किया जाता है ग्लूटामाइन सिंथेटेज़ और एक एंजाइम ग्लूटामेज़: पहला न्यूरॉन्स में मौजूद होता है, जबकि दूसरा लीवर में पाया जाता है। यह तंत्र दो कारणों से बहुत कुशल है:

एक ही वाहन में दो अमीनो समूहों को मस्तिष्क से यकृत तक पहुँचाया जाता है;

ग्लूटामाइन ग्लूटामेट की तुलना में बहुत कम विषैला होता है (ग्लूटामेट न्यूरोनल ट्रांसफर भी करता है और शारीरिक एकाग्रता से अधिक नहीं होना चाहिए)।

मछली में, एक समान तंत्र अमीनो एसिड के अमीनो समूह को गलफड़ों में लाता है।
मांसपेशियों (कंकाल और हृदय) से, अमीनो समूह ग्लूकोज-अलैनिन चक्र के माध्यम से यकृत तक पहुंचते हैं; इसमें शामिल एंजाइम ग्लूटामाइन-पाइरूवेट ट्रांसएमिनेस है: यह अमीनो समूहों (जो ग्लूटामेट के रूप में हैं) के स्थानान्तरण की अनुमति देता है, पाइरूवेट को एलेनिन में परिवर्तित करता है और साथ ही, मांसपेशियों में ग्लूटामेट को α-ketoglutarate में परिवर्तित करता है और उत्प्रेरित करता है जिगर में रिवर्स प्रक्रिया।
विभिन्न कार्यों या पदों के साथ ट्रांसएमिनेस में संरचनात्मक अंतर भी होते हैं और वैद्युतकणसंचलन द्वारा निर्धारित होते हैं (उनके अलग-अलग आइसोइलेक्ट्रिक बिंदु होते हैं)।
रक्त में ट्रांसएमिनेस की उपस्थिति यकृत या हृदय क्षति का लक्षण हो सकती है (अर्थात यकृत या हृदय कोशिकाओं को ऊतक क्षति); ट्रांसएमिनेस यकृत और हृदय दोनों में बहुत अधिक सांद्रता में होते हैं: वैद्युतकणसंचलन के माध्यम से यह स्थापित करना संभव है कि यकृत या हृदय कोशिकाओं में क्षति हुई है या नहीं।