Biochemie II: metabolisme
Deel 20: Metabolisme van aminozuren & nucleotiden
1. Overzicht van stikstof metabolisme
1.1 De stikstofcyclus bevat veel beschikbare biologische
stikstof
Stikstofcyclus
Samen met C, H en O is N 1 van de meest overvloedige elementen in biologische systemen
N wordt beschikbaar via de stikstofcyclus
- = Cyclus van verschillende vormen van biologisch beschikbaar N door planten-, dieren-
en microbiële wereld en door de atmosfeer en de geosfeer
1e stap:
Reductie van N uit de lucht (N2) tot ammoniak (NH3 of NH4+), die wordt uitgevoerd door
bacteriën (= fixatie)
Verwerking:
Planten NH3 wordt opgenomen en verwerkt AZ (via glutamine en glutamaat)
Dieren gebruiken planten als een bron van AZ voor de opbouw van hun eiwitten
Sommige bodembacteriën halen energie uit de oxidatie van NH3 en maken nitrieten en
nitraten (= nitrificatie)
Balans van N:
Evenwicht tussen vast N en N uit de lucht wordt in stand gehouden door bacteriën die
nitrieten en nitraten reduceren tot N2 onder anaërobe omstandigheden (= denitrificatie)
- Gebruiken NO2- en NO3- als uiteindelijke elektronenacceptor
Sommige bacteriën kunnen anaërobe oxidatie uitvoeren van NH3 om N2 te genereren
(= anammox)
Besluit
Het grootste deel van de biologisch beschikbare N is gebonden in AZ en nucleotiden
Regulering is cruciaal bij de biosynthese van de stikstofhoudende verbindingen
Omdat elk AZ en elke nucleotide nodig is in relatief
kleine hoeveelheden, is de metabole stroom door
de meeste van deze routes lang niet zo groot als de
biosynthetische stroom die leidt tot koolhydraten
of vetten in dierlijke weefsels
1
,2. Metabolisme van aminozuren (AZ)
2.1 AZ hebben verschillende katabolische bestemmingen
Gebruik van AZ
Het primaire gebruik van AZ die door afbraak of spijsvertering is als bouwstenen voor de
synthese van proteïnen en andere stikstofhoudende verbindingen zoals nucleotidebasen
Aminozuren kunnen worden geoxideerd om energie op te leveren, afhankelijk van de
metabolische toestand van het organisme
- Planten oxideren AZ om precursoren te genereren, maar over het algemeen niet voor
energieproductie, want het katabolisme van via fotosynthese gegenereerde
koolhydraten levert voldoende energie
- Carnivoren verbruiken hoofdzakelijk eiwitten en moeten het grootste deel van hun
energie uit aminozuurkatabolisme halen
- Herbivoren vullen slechts een klein deel van hun energie behoefte via het AZ-
katabolisme
- Omnivoren (mensen) 10% tot 15% van de energie geproduceerd door het menselijk
lichaam komt van het AZ-katabolisme (de rest komt van oxidatie van suikers & vetten)
In dieren en mensen
AZ worden hoofdzakelijk gebruikt om bouwstenen te leveren voor synthese van eiwitten &
andere N-houdende verbindingen zoals nucleotidebasen
AZ-oxidatie komt voor in 3 verschillende metabolische omstandigheden:
- Wanneer een dieet rijk is aan proteïne en de opgenomen AZ de lichaamsbehoefte aan
proteïnesynthese overschrijden, wordt het overschot gekataboliseerd (AZ kunnen niet
worden opgeslagen, alleen indirect in glycogeen en vetten)
- Tijdens de normale synthese en degradatie van cellulaire eiwitten komen sommige AZ
vrij bij de afbraak van proteïnen zijn niet nodig zijn voor nieuwe proteïnesynthese
- Tijdens vasten/uithongering of ongecontroleerde diabetes, wanneer koolhydraten niet
beschikbaar zijn of niet goed gebruikt kunnen worden
2
,AZ-katabolisme/oxidatie
Genereert NH3 = toxisch, moet verwijderd worden (door biosynthese of excretie)
Verwijdering van aminogroep noodzakelijk
Overblijvende koolstofskelet (= α-keto zuur) wordt gemetaboliseerd en gaat naar de
Krebcyclus startpunt hangt af van het AZ
- α-keto zuur wordt geoxideerd tot CO2 en H2O en koolstofketen van 3-4 koolstofatomen
- Korte koolstofketen kan gebruikt worden in biosynthetische pathways
Ketogene AZ:
Leveren acetyl-CoA = precursor van ketonlichaam- en vetzuurvorming
Voorbeelden: Leu, Lys, Phe, Trp, Tyr, Ile, Thr (KENNEN!)
Glucogene AZ:
Kunnen worden omgezet in glucose of glycogeen door het proces van gluconeogenese
Voorbeelden: Arg, Gln, Glu, His, Pro, Met, Val, Ala, Cys, Gly, Ser, Asn, Asp (KENNEN!)
Ketogeen + glucogeen AZ:
Sommige AZ zijn zowel ketogeen, als glucogeen
Voorbeelden: Trp, Phe, Tyr, Thr, Ile
Startplaats per AZ NIET kennen!
3
, 2.2 Eiwit uit de voeding wordt enzymatisch afgebroken tot AZ
Afbraak eiwitten
In gastro-intestinaal stelsel afbraak van zowel endogene, als voedseleiwitten
In maag:
- Stimulatie van mucosa om hormonaal gastrine te secreteren stimuleert secretie van:
o HCl maagsap (pH = 1-2,5) zorgt ervoor dat eiwitten ontvouwen interne
peptide beter beschikbaar voor enzymatische hydrolyse
o Pepsine protease die peptidebindingen hydrolyseren vorming van
oligopeptiden
Pancreas:
- Wanneer de voedselbol de maag verlaat, komt het in een omgeving met neutrale pH
terecht doordat de pancreas bicarbonaat (HCO3-) secreteert
Dunne darm:
- Verdere afbraak van eiwitten door verschillende proteasen (optimale werking bij pH =7)
- Vb. trypsine, chymotrypsine, carboxypeptidase A en B
Endotheel cellen:
- AZ worden geabsorbeerd door endotheel cellen
4
