24.4 Prótínefnaskipti
24.4 Prótínefnaskipti
Námsmarkmið
Að loknum þessum kafla átt þú að geta:
- Lýst hvernig líkaminn meltir prótín
- Útskýrt hvernig þvagefnishringurinn kemur í veg fyrir eitraðan styrk ammóníaks
- Greint á milli sykurmyndandi og ketónmyndandi amínósýra
- Útskýrt hvernig nýta má prótín sem orkugjafa
Prótín eru bæði mikilvæg byggingarefni og starfseiningar líkamans. Þau mynda meðal annars viðtaka og boðsameindir, burðarprótín, ensím, flutningskerfi innan frumna, stoðgrind utanfrumuefnis, jónadælur og jónagöng. Hemóglóbín flytur súrefni og stuðlar að flutningi CO2. Kollagen styrkir bein, sinar og aðra bandvefi, samdráttarprótín knýja vöðvahreyfingar og ensím hvata efnahvörf. Prótín eru jafnframt nauðsynleg fyrir vöxt, viðhald og viðgerð vefja. Líkaminn geymir ekki sérstakan forða frjálsra amínósýra, þótt prótín líkamans séu í stöðugri myndun og niðurbroti. Þegar framboð amínósýra er meira en þörf til próteinmyndunar og myndunar annarra köfnunarefnissambanda eru amínóhóparnir fjarlægðir; kolefnisgrindurnar geta þá oxast eða, eftir gerð amínósýrunnar og efnaskiptaástandi, farið í myndun glúkósa, ketónkorna eða lípíða. Af þeim 20 amínósýrum sem byggja prótín getur mannslíkaminn ekki myndað níu í nægu magni hjá fullorðnum og þarf því að fá þær úr fæðu; fleiri geta orðið skilyrt nauðsynlegar við vöxt eða sjúkdóm.
Prótínmelting hefst í maga. Veggfrumur seyta saltsýru (HCl); styrkur saltsýrunnar í magasafanum er um 0,5 prósent en sýrustig magainnihalds breytist eftir máltíð og getur farið niður í pH 1,5–3,5. Sýran afmyndar fæðuprótín og virkjar pepsínógen í pepsín. Pepsín klýfur innri peptíðtengi og myndar einkum styttri fjölpeptíð og peptíð en ekki allar stakar amínósýrur. Þegar iðramauk berst í skeifugörn er seyting natríumbíkarbónats frá gangafrumum briss örvuð af sekretíni; bíkarbónatið hlutleysir HCl og verndar slímhúðina. Kólestókínín (CCK) örvar einkum ensímseytingu þrúgufrumna briss. Brispróteasar eru seyttir sem forensím, þar á meðal trypsínógen, kýmótrypsínógen og próelastasi; eftir virkjun kljúfa trypsín, kýmótrypsín og elastasi prótín og peptíð frekar. Ensím burstaborðs og frumunnar ljúka síðan vatnsrofi í frjálsar amínósýrur og dí- og trípeptíð sem frásogast (sjá mynd 24.17). Amínósýrurnar eru nýttar til myndunar prótína og annarra köfnunarefnissambanda eða, eftir að amínóhópurinn hefur verið fjarlægður, fara kolefnisgrindur þeirra í oxun eða myndun glúkósa, ketónkorna eða lípíða; ekki umbreytast þær allar beint í fitu eða asetýl-CoA.
Brispróteasar eru pakkaðir í seytikorn sem óvirk forensím til að draga úr hættu á prótínrofi í brisinu sjálfu. Virku ensímin trypsín og kýmótrypsín eru þannig geymd sem forstigin trypsínógen og kýmótrypsínógen; önnur vernd felst meðal annars í hólfun og trypsínhemlum. Í skeifugörn klýfur himnubundinn enterópeptíðasi (enterókínasi) virkjunarpeptíð af trypsínógeni og myndar trypsín. Trypsín virkjar síðan meira trypsínógen og önnur forensím, þar á meðal kýmótrypsínógen. Trypsín, kýmótrypsín og aðrir peptíðasar kljúfa prótín í smærri peptíð, ferli sem nefnist prótínrof. Peptíðasar í burstaborði og umfrymi iðraþekjufrumna mynda amínósýrur og kljúfa dí- og trípeptíð eftir upptöku. Frjálsar amínósýrur fara yfir topplæga himnu með mörgum Na+-háðum og Na+-óháðum flutningsprótínum, en flest dí- og trípeptíð fara inn með H+-tengda peptíðflutningsprótíninu PepT1. Natríumstigullinn er viðhaldið óbeint með natríum-kalíumdælunni á grunn- og hliðlægu himnunni. Amínósýrur fara þaðan um sérhæfð grunn- og hliðlæg flutningsprótín í millifrumuvökva, háræðar þarmatota og lifrarportblóð.
Frjálsar amínósýrur eru notaðar til að mynda prótín og fjölmörg önnur köfnunarefnissambönd. Enginn sérstakur geymsluforði amínósýra er til, en prótín líkamans mynda kvikan prótínforða með stöðugri myndun og niðurbroti. Þegar amínósýrur eru umfram myndunarþörf er köfnunarefnið flutt á aðrar sameindir eða losað sem ammóníak/ammóníum og kolefnisgrindin fer í efnaskiptaleiðir sem ráðast af amínósýrunni. Hún getur oxast eða orðið forveri glúkósa, ketónkorna eða lípíða. Kolefnisgrindur eru ekki kolvetnissambönd og köfnunarefnisúrgangur er ekki ein afurð einfalds niðurbrots. Ammóníak er taugaeitrað í háum styrk; lifrin bindur meginhluta köfnunarefnisins í þvagefni sem nýrun skilja síðan út.
Þvagefnishringurinn
Þvagefnishringurinn, einnig nefndur þvagefnishringrás, er röð hvarfa í lifrarfrumum sem bindur eitrað köfnunarefni í þvagefni. Fyrstu tvö skrefin fara fram í hvatberum og þau síðari í umfrymi; nýrun skilja þvagefnið út en framkvæma ekki allan hringinn. Köfnunarefni amínósýra berst oft til lifrar sem glútamín eða alanín. Við amínfærslu flytur amínótransferasi amínóhóp af amínósýru yfir á alfa-ketósýru, oft alfa-ketóglútarat, og myndar nýja alfa-ketósýru og glútamat. Hvarfið losar því ekki sjálfkrafa frjálsa ammóníumjón. Oxandi amínósvipting glútamats getur síðan losað ammóníum, en hitt köfnunarefnisatóm þvagefnis kemur frá aspartati. Kolefnisgrindurnar sem eftir verða geta farið inn í sykurrof, sítrónusýruhringinn eða tengdar efnaskiptaleiðir.
Í þvagefnishringnum er kolefni úr bíkarbónati/CO2, köfnunarefni úr ammóníum og annað köfnunarefnisatóm úr aspartati sameinað í þvagefni. Ferlið notar þrjár ATP-sameindir og myndar ekki aðeins þvagefni og vatn í einu skrefi. Þvagefni berst með blóði til nýrna, síast í gauklum og skilst að mestu út með þvagi (mynd 24.18).
Amínósýrur eru oxaðar við eðlilega prótínveltu og nýting þeirra sem orkugjafa eykst meðal annars við langvarandi föstu, veikindi eða annað niðurbrotsástand. Eftir flutning eða brottnám amínóhóps geta kolefnisgrindurnar myndað pýrúvat, asetýl-CoA, asetóasetýl-CoA, alfa-ketóglútarat, súksínýl-CoA, fúmarat eða oxalóasetat. Sykurmyndandi amínósýrur gefa pýrúvat eða milliefni sítrónusýruhrings sem geta farið í glúkósanýmyndun. Ketónmyndandi amínósýrur gefa asetýl-CoA eða asetóasetýl-CoA og geta myndað ketónkorn eða lípíð en ekki nettóglúkósa hjá mönnum. Leucín og lýsín eru eingöngu ketónmyndandi en sumar amínósýrur eru bæði sykur- og ketónmyndandi. Kolefnisgrindurnar geta oxast um sítrónusýruhring og oxunarfosfórun og stuðlað að ATP-myndun (mynd 24.19). Mynd 24.20 sýnir tengsl niðurbrots- og uppbyggingarleiða kolvetna, lípíða og prótína.
