الحموض الأمينية مشروطة الاستبدال
لا يمكن تخليق بعض الحموض الأمينية من الكربوهيدرات أو الدهون العادية نظراً لحاجتها إلى هياكل كربونية محددة. وهي تتكون حصراً من الحموض الأمينية الأساسية التي يتم الحصول عليها من الغذاء. وتنتمي إلى هذه المجموعة:
- التيروسين — يتم تخليقه عن طريق هيدروكسلة الفينيل ألانين الأساسي.
- السيستاين — لتكوينه، يلزم وجود الميثيونين الأساسي، والذي يعمل كمتبرع بالكبريت.
سلائف الحموض الأمينية غير الأساسية
يتم بناء الحموض الأمينية غير الأساسية على أساس أيضات استقلاب الكربوهيدرات (تحلل السكر ودورة كريبس). وعادة ما تتضمن عملية تكوينها نقل مجموعة أمينية إلى حمض كيتوني.
المطابقات الرئيسية بين السلائف والمنتجات:
- الألانين. يتكون من البيروفات نتيجة لتفاعل النقل الأميني الذي يحفزه إنزيم ألانين أمينو ترانسفيراز (ALT).
- الأسباراجين. يتم تخليقه من الأسبارتات عن طريق الأمدة، حيث يعمل الغلوタミン كمصدر للمجموعة الأمينية الإضافية.
- البرولين. يتشكل جزيئه من الغلوتامات، وتعتبر خطوة تكوين نصف ألدهيد الغلوتامات مرحلة وسيطة.
- السيرين. المصدر لتخليقه هو المنتج الوسيط لتحلل السكر وهو 3-فوسفوغليسيرات. ويمكن أن يخدم السيرين نفسه لاحقاً كمادة بناء لتخليق الغلايسين والسيستاين.
تجديد الأسبارتات ومصادر النيتروجين
يُستخدم الأسبارتات بنشاط في المسارات الأيضية، على سبيل المثال، في دورة اليوريا (دورة الأورنيثين). بعد انتزاع النيتروجين، يتم إطلاق الهيكل الكربوني على شكل فومارات.
يتم استعادة مخزون الأسبارتات وفقاً للسلسبلة التالية: يتحول الفومارات إلى مالات، ثم يُأكسد إلى أوكسالوآسيتات. وفي المرحلة النهائية، يحدث النقل الأميني للأوكسالوآسيتات. ويُعد الغلوتامات المتبرع الرئيسي لمجموعة $NH_2$ في هذا التفاعل. وإذا نفد مخزون الغلوتامات، يمكن أن يأتي النيتروجين من حموض أمينية أخرى تنقل مجموعاتها الأمينية مسبقاً إلى ألفا-كيتوغلوتارات، مما يعوض مخزون الغلوتامات الإجمالي.
حساب التخليق الحيوي للأسبارتات من الغلوكوز
دعونا نلقي نظرة على عملية تكوين الأسبارتات متعددة المراحل باستخدام مثال تحلل 6 مول من الغلوكوز. تتضمن العملية ثلاث مراحل رئيسية:
1. تحلل السكر الهوائي عند تحلل الغلوكوز، يتكون البيروفات. وتصيغ قياس العناصر المتفاعلة أن 1 مول من الغلوكوز ينتج 2 مول من البيروفات، و2 مول من ATP، و2 مول من NADH. ونتيجة لذلك، يتم تخليق 12 مول من البيروفات من 6 مول من الغلوكوز.
2. كربوكسيل البيروفات يتحول البيروفات إلى نظير الكيتون للأسبارتات وهو الأوكسالوآسيتات. ويجري التفاعل مع استهلاك ATP وإضافة ثاني أكسيد الكربون تحت تأثير إنزيم بيروفات كاربوكسيلاز. ويُعد البيوتين المرافق الإنزيمي الأهم لهذا التفاعل. ومن 12 مول من البيروفات، يتكون بالضبط 12 مول من الأوكسالوآسيتات.
3. النقل الأميني يتفاعل الأوكسالوآسيتات مع الغلوتامات لتكوين الأسبارتات وألفا-كيتوغلوتارات. يحفز التفاعل أسبارتات أمينو ترانسفيراز (AST). ويتطلب عمل هذا الإنزيم المرافق الإنزيمي بيريدوكسال فوسفات (الشكل النشط لفيتامين B6). ونتيجة لذلك، يتم الحصول على 12 مول من الأسبارتات من 12 مول من الأوكسالوآسيتات.
باختصار: إجابات عن أسئلة حول الموضوع
ما هو الإنزيم الذي يحفز تفاعل تكوين الأسباراجين من الأسبارتات؟
يحفز إنزيم أسباراجين سينثيتاز تفاعل تكوين الأسباراجين من الأسبارتات. ينتمي هذا الإنزيم إلى فئة Ligases (الإنزيمات الرابطة) ويقوم بتفاعل الأمدة. وهو يستخدم طاقة ATP لتكوين الرابطة الكيميائية، بينما ت與فق العملية التحلل المائي لـ ATP إلى AMP وبيروفوسفات. ركائز التفاعل هي الأسبارتات والغلوタミン، حيث يعمل الغلوタミン كمتبرع مباشر للمجموعة الأميدية لتخليق الحمض الأميني الجديد.
ما هي الإنزيمات المشاركة في تحويل الفومارات إلى أوكسالوآسيتات أثناء تجديد الأسبارتات؟
يشارك إنزيمان في تحويل الفومارات إلى أوكسالوآسيتات في دورة تجديد الأسبارتات:
- فوماراز — يحفز تفاعل إضافات الماء (التمييه) للفومارات لتكوين المالات.
- مالات ديهيدروجينيز — ينفذ أكسدة المالات إلى أوكسالوآسيتات (مع التكوين المتزامن لـ NADH).
تحدث هذه التفاعلات في دورة حمض الستريك وتضمن التكوين المستمر للأوكسالوآسيتات، والذي يتحول بعد ذلك مرة أخرى إلى الأسبارتات عن طريق النقل الأميني.
ما هو الإنزيم والمرافق الإنزيمي المشاركان في تخليق الغلايسين من السيرين؟
يشارك إنزيم سيرين هيدروكسي ميثيل ترانسفيراز في تخليق الغلايسين من السيرين، بينما يعمل حمض رباعي هيدروفوليك ($H_4$-folate) كمعامل مرافق. أثناء التفاعل المحفز، يربط حمض رباعي هيدروفوليك ذرة الكربون بيتا للسيرين بنفسه، مكوناً ميثيلين-$H_4$-folate. وبسبب هذا المسار الاستقلابي المحدد، يتم شق جزء الكربون ويتحول جزيء السيرين بنجاح إلى غلايسين وماء.
لتذكر سلائف الحموض الأمينية مشروطة الاستبدال، استخدم الاختصار المعنوي الدال على أن الفينيل ألانين يعطي تيروسين والميثيونين يعطي سيستاين.
أسئلة من المحاضرات والامتحانات
من أي مادة يتكون السيرين؟
يتم تخليق السيرين من 3-فوسفوغليسيرات، وهو أيض وسيط لعملية تحلل السكر.
ما هي الفيتامينات اللازمة لتخليق الأسبارتات من البيروفات؟
يلزم وجود البيوتين (لعمل بيروفات كاربوكسيلاز في مرحلة تكوين الأوكسالوآسيتات) وفيتامين B6 على شكل بيريدوكسال فوسفات (لإنزيم AST أثناء النقل الأميني).
ما الذي يعمل كمتبرع للنيتروجين عند تكوين الأسباراجين؟
في تفاعل أَمَدَة الأسبارتات، يعمل الغلوタミン كمتبرع للمجموعة الأمينية.
مواضيع أخرى للمراجعة في نفس السياق
- آلية عمل ناقلات الأمين (ALT و AST)
- دور بيريدوكسال فوسفات في تفاعلات النقل الأميني
- العلاقة بين دورة اليوريا ودورة حمض الستريك
- الوظائف الكيوحيوية للبيوتين في تفاعلات الكربوكسيل
مواضيع أخرى من قسم "أیض الأحماض الأمينية"
دروس فيديو مجانية: الكيمياء الحيويةدروس قصيرة مع ملخصات — بدون تسجيل.
تم إعداد المادة بواسطة أعضاء هيئة التدريس في WhiteCoat Pro وفقاً للمنهج الدراسي لكليات الطب. وهي ذات طابع تعليمي.