از متابولیسم آمینو­اسید­ها چه می‌دانید؟

از نقش تا متابولیسم آمینو­اسید­ها در بدن:

جالب است بدانید اسیدهای ­آمینه منبع اصلی نیتروژن برای واکنش‌های آنابولیک محسوب می­‌شوند. علاوه برآن آمینو­اسیدها برای انجام فرایندهای متابولیک به طور دائم در دسترس هستند. به دلیل این­که اسید­های ­آمینه برای مصارف آینده ذخیره نمی‌شوند، باید به طور منظم از طریق رژیم غذایی تامین شوند. اسیدهای­ آمینه سه نقش اساسی را در متابولیسم بر عهده دارند که شامل موارد زیر می‌شوند:

• • بستری لازم برای سنتز پروتئین را فراهم می­‌کنند؛
  • نیتروژن را در اختیار سایر ترکیبات نیتروژن­دار می­‌گذارند؛
  • به عنوان یک ماده سوختی انرژی تولید می­‌کنند.

همچنین براساس وظایف ذکر شده در بالا، آمینو­اسیدها را به 3 گروه مجزا تقسیم می­‌کنیم.

1. اسید­های آمینه ­­گلوکوژنیک

طی چرخه متابولیسم آمینو اسیدها، این گروه پس از کاتالیزه ­شدن به پیرووات یا یکی از ترکیبات واسطه­‌ای چرخه کربس تبدیل خواهند شد که اسیدهای­ آمینه گلوگوژنیک نامیده می­‌شوند. (چرخه‌ی کربس شامل کتوگلوتارات ، سوکسینیل­کوA، فومارات و اگزالواستات است.)

2. اسید­های آمینه کتوژنیک

اسید­های­ آمینه‌­ای که بعد از کاتابولیزه­ شدن تبدیل به استیل­کوآنزیم A می‌­شوند، اسید­هایا آمینه کتوژنیک نامگذاری شده‌­اند. (استیل­کوآنزیم A پیش­ ساز چربی­‌ها است.)

3. اسیدهای‌­آمینه گلوکوژنیک و کتوژنیک

اسید­های­ آمینه‌ای که قابلیت تولید قند و چربی را دارند، اسیدهای آمینه گلوکوژنیک و کتوژنیک نامیده می‌­شوند. بعد از بررسی وظایف آمینو­اسید­ها لازم است در مورد واکنش­هایی که توسط آنها انجام می‌شود، صحبت کنیم.

در متابولیسم آمینو­اسیدها چه واکنش‌­های مهمی در جریان هستند؟

متابولیسم آمینو اسیدها به عبارت دیگر ساخت و تخریب اسیدهای آمینه، مستلزم برداشته­ شدن گروه آمین یا انتقال گروه آمین روی واسطه‌های آمفیوبیک است؛ بنابراین چند نوع واکنش در سلول­ها برای برداشتن گروه آمین وجود دارند. حال به بررسی جزئی­ تر این واکنش‌ها می‌­پردازیم.

واکنش­های ترانس آمیناسیون

در این نوع واکنش­‌ها، گروه α-آمین یک آمینواسید به کربن آلفای یک کتو­اسید منتقل می‌شود. در نتیجه یک آمینو­اسید و یک کتو­اسید جدید بوجود­ می­‌آید. به فرمول زیر توجه کنید. واکنش‌­های ترانس آمیناسیون توسط آنزیم­های ترانس­ آمیناز کاتالیز می‌شوند. مکانیسم عمل در کلیه ترانس ­آمینازها مشابه بوده و کوآنزیم آنها مشتقی از ویتامین B6 یعنی پیریدوکسال­فسفات (PLP) است. طی واکنش ترانس­آمیناسیون، PLP به عنوان یک ماده حد واسط، در انتقال گروه آمین شرکت می­‌کند.

واکنش­های د آمیناسیون

واکنش‌­های دآمیناسیون برحسب نوع واکنش به گروه‌­های مختلفی تقسیم می­‌شوند که در ادامه با هم مورد بررسی قرار می­‌دهیم.

4. د آمیناسیون اکسیداتیو

در این دسته از متابولیسم آمینواسیدها گلوتامات شرکت می­‌کند. اسیدهای­ آمینه دیگر، گروه آمین خود را بهα- کتوگلوتارات انتقال می‌­دهند و گلوتومات تولیدی در این واکنش شرکت می‌­کند. این واکنش­‌ها به نوبه خود به دو نوع قابل تقسیم هستند که در ادامه مطلب به­ آن می­‌پردازیم.

1. د آمینسیون اکسیداتیو با مصرف اکسیژن

مهمترین آنزیم‌­هایی که این نوع واکنش را کاتالیز می‌­کنند عبارت هستند از

• L- آمینو­اسیداکسیداز

اکسید کننده اغلب اسیدهای آمینه هستند.( بجز آنهایی که حاوی OH هستند.)

• D- آمینواسیداکسیداز

اکسیدکننده تمام D- آمینواسیدهای تولیدی توسط باکتری‌های روده­ای یا D- آمینواسیدهای موجود در رژیم غذایی و گلایسین هستند.

• دهیدروژناز(DGH)

این آنزیم‌­ها در کبد و کلیه بیشترین فعالیت را دارند و توسطNADH ،GTP  و ATP فعال مهار می­‌شوند.

• این آنزیم‌­ها به علت ­این که هر از دو کوآنزیم NADP) و (NADاستفاده می­‌کنند، به عنوان یک آنزیم منحصربه‌فرد شناخته شده‌­اند.

2. د آمینیسیون هیدرولیزی (واکنش­‌های حذف گروه آمیدی)

این نوع واکنش­ تنها روی گلوتامین (Gln) و آسپاراژی (Asn)اثر می­‌گذارد و باعث جدا­ شدن گروه آمین از زنجیره جانبی آنها      می­‌شود.

بعد از بررسی واکنش‌­هایی که در متابولیسم آمینو­اسیدها رخ می­‌دهند، نوبت آن است که انواع متابولیسم در اسیدهای‌­آمینه    غیر­ضروری را با دید جزئی‌­تری بررسی کنیم.

چرا “بدون ATP” بدن انسان به درستی کار نمی­‌کند؟

تعجب نکنید! به دلیل این­که بدن انسان انرژی لازم برای انجام فعالیت­های مختلف را از ATP می­‌گیرد. جالب است بدانید ATP به علت برخورداری از پیوندهای فسفات، نوکلئوتیدی پرانرژی محسوب می­‌شود؛ بنابراین برای فرآیندهای شیمیایی مانند انقباض عضله و متابولیسم آنزیمی مورد استفاده قرار می‌­گیرد.

لازم به ذکر است که آمینواسیدهای جذب­ شده یا وارد کبد می­‌شوند که برای سنتز پروتئین مورد استفاده قرار ­گیرند، یا از طریق از بین بردن کتواسیدها به واسطه‌های شبه کربوهیدارت تبدیل می‌­شوند.

به دلیل اینکه انرژی چندان قابل ملاحظه‌ای از نیتروژن موجود در اسیدهای آمینه بدست نمی­‌آید، باید قبل از هر فرآیندی آمینو را از اسیدهای آمینه حذف کنیم. در نتیجه نیتروژن در این گروه‌­های اسیدهای آمینه به گلوتامات فرستاده می­‌شود و سپس به عنوان واحد آمونیاک طی فرآیند گلوتامات دهید روژناز، آزاد می­‌شود.

توجه کنید که نیتروژن آزاد شده برای ایجاد اوره به کبد فرستاده شده و سپس برای دفع به کلیه‌­ها ارسال می­‌شود. در ادامه قصد داریم متابولیسم آمینو اسیدها را به طور دقیق­ تری برای شما شرح دهیم.

بررسی متابولیسم در انواع آمینو اسیدها

بهتر است بگوییم آنزیم‌­های گلوتامات دهیدروژناز، گلوتامین سنتتاز، ترانس ­­آمیناز نقش بسیار مهمی در ساخت اسیدهای آمینه دارند. این آنزیم‌ها با کمک هم یون آمونیوم معدنی را به نیتروژن آلی α- آمین در اسیدهای آمینه مختلف تبدیل می‌­کنند.

• گلوتامات

آمیناسیونα کتوگلوتارات تحت­تاثیر گلوتامات دهیدروژناز (GDH) انجام می‌­شود. این ماده علاوه بر ایجاد گلوتامات، نقش بسیار کلیدی در ایجاد اسید­های آمینه ایفا می­‌کند. در واکنش برگشت باعث کاتابولیزه­شدن گلوتامات به α- کتوگلوتارات می­‌شود. در نهایت توسط آنزیم آمینوترانسفر با تبدیل شدن آن به α- کتوگلوتارات سنتز و تخریب انجام می­‌شود.

• گلوتامین

این واکنش در متابولیسم آمینو اسیدها به صورت یک طرفه است. یعنی ساخت گلوتامین از گلوتامات به کمک گلوتامین­ سنتتاز صورت می­‌گیرد. همچنین در جهت معکوس توسط آنزیم گلوتامین از باعث کاتابولیزه ­شدن گلوتامین به گلوتامات می‌­شود.

• آلانین

آلانین از ترانس آمیناسیون پیروات توسط آنزیم آمینو ترانسفر ایجاد می­‌شود. واکنش برگشت هم باعث کاتولیزه شدن آلانین به پیروات خواهد شد.

• آسپارتات

آسپارات از ترانس آمیناسیون اگزالواستات، آسپارات ایجاد می‌­شود. در واکنش برگشت متابولیسم آمینو اسیدها باعث تبدیل آسپارتات به اگزالواستات می‌­شود.

• آسپاراژین

آسپاراژین توسط آنزیم آسپاراژین سنتتاز به وجود می‌­آید و بسیار شبیه ساخت گلوتامین است؛ البته به جای یون آزاد از گلوتامات به عنوان منبع نیتروژن استفاده می­‌شود. این واکنش نیز یک طرفه است.

• سرین

این آمینو­اسید از یکی از واسطه ­های گلیکولیز به نام 3-فسفوگلیسرات و گلایسین ساخته می­‌شود.  عمل متابولیسم آمینو اسیدها با تبدیل به گلایسین و پیرووات انجام می‌­شود.

• گلایسین

در این نوع متابولیسم آمینو­اسیدها سنتز به روش‌های گوناگونی انجام می­شود. گلی­اگزالایت، سرین، کولین و دی­اکسیدکربن به گلایسین تبدیل می­شوند. کاتابولیزه­ شدن از طریق تبدیل به سرین و پیروات صورت می­گیرد؛ بنابراین دفع مقادیر زیادی از اگزالات باعث نفروکلسینوز، عفونت دستگاه ادراری، هیپرتانسیون و متاسفانه منجر به مرگ زود هنگام خواهدشد.

• پرولین

پروتئین توسط کاتابولیزه­ شدن به گلوتامات تبدیل می‌­­شوند. سپس در واکنش برگشت باعث تبدیل گلوتامات به پرولین می­‌شود.

• سیستئین

همانطور که می­‌دانیم سیستئین از متونین و سرین ساخته شده است؛ بنابراین متابولیسم آمینو اسیدها از دو روش صورت می­‌گیرد که در زیر ذکر شده‌­اند:

1. 1. مسیر مستقیم اکسیداتیو
   2. مسیر ترانس آمیناسیون
   3. تیروزین

جالب است  بدانید که تیروزین از تاثیر فنیل­آنالین به وجود می‌­آید؛ بنابراین فنینل آنالین یک اسیدآمینه ضروری محسوب می­‌شود. در تصویر زیر مسیر متابولیسم آمینو اسیدها در آلانین و تیروزین را نشان­ داده‌­ایم.

همانطور که در شکل بالا می­بینیم تیروزین به کمک کمپلکس آنزیمی فنیل آلانین هیدروکسیلاز و کوآنزیم ­های تتراهیدروبیوپترین (BH4) و  (NADPH) به تیتروزین تبدیل می‌­شود. در شکل زیر نحوه کاتابولیزه ­شدن تیروزین را می­‌بینیم.

قبل از این که بخواهیم به ادامه متابولیسم آمینو اسیدها بپردازیم. دانستن این نکته که در هر ترکیب کدام آنزیم فعالیت می­‌کند یا هر ترکیبی از تجزیه کدام اسیدآمینه است، بسیار حائز اهمیت است.

• هیستیدین

هیستیدین اسید آمینه بازی و حلقه ­ای به نام ایمیدازول است. آنزیم هیستیداز واکنش را کاتالیز می­کند و یک آمین جدا می‌­شود. زمانی آمین که از حلقه‌ی ایمیدازول جدا می­‌شود، ترکیبی به نام اوروکانات می­‌دهد. سپس آنزیم اوروکاناز روی آن تاثیر می‌­گذارد و ایمیدازول 5 پروپیونال تولید می‌­شود. در ادامه با ترکیب آب به ایمیدازول طی فرآیند هیدرولاز، فرمیمینو گلوتامات تشکیل می­‌شود.

نکات مهم در مورد متابولیسم اسیدآمینه هیستیدین

1. 1. اسید فولیک نقش بسیار مهمی را در متابولیسم آمینو اسیدها ایفا می­‌کند در این واکنش باعث متابولیک هیستین     می­‌شود؛ البته لازم به ذکر است که در صورت کمبود مقدار اسیدفولیک در سنتز این ترکیب اختلال ایجاد خواهد شد.
   2. در صورت کمبود آنزیم هیستیداز در بدن، فرد در یادگیری زبان دچار اختلال خواهد شد.
   3. نقص آنزیم اوروکاناز باعث افزایش میزان اوروکانیک اسید در بدن می‌­شود.

• هیستامین

اگر اسیدآمینه هیستیدن توسط آنزیم دکربوکسیلاز، دی­اکسید کربن خود را از دست بدهد، به ترکیب هیستامین تبدیل می­‌شود. هیستامین در تمام بافت­ها وجود دارد و در زمان آلرژی آزاد می‌­شود. به دلیل این­که این ترکیب باعث افزایش نفوذ­پذیری عروق و کاهش فشار­خون می­‌شود.

• متیونین

آمینو 

نکات مهمی که در مورد اسید آمینه متیونین باید بدانیم!

1. 1. اس آدنوزین متیونین، فعال و منبع اصلی گروه­های متیل در بدن هستند.
   2. سه ایزوآنزیم از MAT داریم که نوع 1 و 3 در بافت­های کبدی و نوع 2 در بافت­های غیرکبدی است.
   3. در نتیجه کاهش فعالیت نوع 1 و 3 در بدن بیماری به نام هایپر متیونیمی ایجاد می‌­شود.

در چرخه کرب (kreb)  چه واکنش­هایی در جریان هستند؟

قبل از هر نکته‌­ای باید بدانیم که چرخه کرب چیست؟ آیا می­‌دانید چه واکنش­‌هایی در چرخه Kreb رخ می­‌دهند؟ طی بررسی­‌های به عمل آمده در حیوانات و گیاهان جهت تولید ترکیبات فسفات پر­انرژی، تعدادی از فرآیندهای آنزیمی در میتوکندری انجام می­‌شوند که منبع انرژی هستند.

حال نوبت آن است که ببینیم چرخه کرب شامل چه واکنش‌­هایی هستند؟ طی فرآیند کتواسیدهای باقی­مانده  با کاتابولیزه‌­شدن در چرخه kreb قرار می­‌گیرند؛  بنابراین برای ایجاد گلوکز از طریق گلوکونئوژنز انرژی لازم برای کبد را فراهم می­‌کند. علاوه بر موارد گفته شده از طریق ترانس­آمیناسیون به اسیدآمینه جدید تبدیل می­‌شوند.

آیا در متابولیسم آمینو اسیدها اختلالی به وجود می­‌آید؟

طی تحقیقات به عمل آمده بیشتر از 30 بیماری و 26 ژن در نتیجه اختلال در چرخه متابولیسم آمینو اسیدها ایجاد می‌­شوند. در ادامه به بیماری ­هایی که در اثر اختلالات در متابولیک اسیدهای آمینه ایجاد شده ­اند می­‌پردازیم.

اختلال در چرخه اوره و هایپر آمونمی وراثتی

یکی از اختلالات مهم متابولیسمی در چرخه اوره ایجاد می‌­شود. در چرخه اوره مسیر متابولیسمی در سلول­های کبدی طی 5 مرحله انجام می‌­شود و نیتروژن زاید طی فرآیند تجزیه پروتئین حذف و دفع می‌­شود. سپس یک مولکول اوره از چرخه دو مولکول آمونیاک و یک مولکول بی­کربنات تشکیل می­‌شود.

کمبود در هر یک از آنزیم‌­های چرخه اوره سبب افزایش آمونیاک (هایپرآمونمیا) می­‌شود. اگر میزان آمونیاک در بدن افزایش یابد منجر به کما یا فوت فرد خواهد شد. علاوه‌براین بیماری‌­های دیگری هم ایجاد می­‌شوند که از الگوی توارث اوتوزومی مغلوب پیروی می­‌کنند.

متابولیسم اسیدهای آمینه دارای زنجیره جانبی

در صورت کمبود اسید آمینه­ های ضروری بدن مانند لوسین، ایزولوسین و والین بیماری شربت افرا یا MSUD ایجاد می­‌شود.

اختلال در چرخه متابولیسم فنیل آلانین و تیروزین

همانطور که در متن مقاله گفته شد در چرخه‌ی متابولیسم آمینو اسیدها اختلالاتی رخ می‌دهد. توجه کنید که آمینو اسیدهای فنیل آلانین و تیروزین در یک مسیر بیوشیمیایی قرار گرفته‌­اند؛ بنابراین در صورت هر گونه نقص یا تحولی در این چرخه ممکن است حالاتی رخ بدهد که در زیر لیست شده است.

• • فنیل کتونوری کلاسیک
  • فنیل کتونوری غیرکلاسیک
  • آلکاپتونوری
  • تیروزینمی
  • زالی­های جلدی-چشمی

اختلال در متابولیسم اسیدهای آمینه سولفوردار

در صورت اختلال در متابولیسم آمینو اسیدها از جمله سولفوردار منجر به اختلال هموستینوری می‌­شود. از جمله بیماری‌­هایی که در اثر اختلال در این نوع از اسیدهای آمینه ایجاد می­‌شوند، در لیست زیر آمده است.

• • ناتوانی در یادگیری
  • حملات عصبی ناگهانی
  • انعقاد پذیری بیش از حد خون(ترومبوفیلی)
  • پوکی استخوان
  • قوز و انحنای ستون فقرات (اسکولیوز)
  • انگشتان دست و پای بلند (آراکنوداکتیلی)

در متن مقاله به بحث درباره‌ی وظایف مکمل آمینو اسید و کاربرد آنها در بهبود عملکرد بدن پرداختیم. متوجه شدیم که واکنش‌­های متفاوتی در بدن توسط آمینو اسیدها رخ می‌­دهند. علاوه برآن فرآیند متابولیسم اسیدهای آمینه را در چرخه تولید آن­ها با دیدی تخصصی‌تر مورد بررسی قرار دادیم. همچنین نقش­های آمینو اسیدها را با هم ارزیابی کردیم و در نهایت اختلالات احتمالی که در متابولیسم اسیدهای آمینه رخ می­‌دهند را شرح دادیم.

در مقاله آمینو اسید چیست؟ به انواع آمینو اسیدها و تفاوت آمینو اسیدهای ضروری و غیر ضروری پرداخته ایم.