Dusíková rovnováha
- bílkoviny se v tělech neukládají a podléhají neustálé snytéze a odbourávání
- organismy žijí v neustálém ekvilibriu
- v období růstu je charakteristická pozitivní dusíková bilance
- tvoří se nové tkáně
- biologický poločas bílkovin
- je to čas, za který se obmění 50 % bílkovin
- pohybuje se v rozmezí od několika minut do desítek dní
- u lidí je to asi 80 dní
Biosyntéza aminokyselin
- autotrofní organismy vytvářejí aminokyseliny z anorganických sloučenin
- heterotrofní organismy syntetizují převážnou část aminokyselin z jednoduchých organických sloučenin
- většinou se jedná o transminaci přislušných oxokyselin
- základním předpokladem je dostatek aminikyselin v organismu
- esenciální aminokyseliny musí být obsaženy v potravě
Proteosyntéza
- jedná se o translaci sekvence nukleotidových tripletů z mRNA do sekvence aminokyselin v polypeptidovém řetězci
- probíha na ribosomech
Proteosyntetický aparát
- skládá se z:
- robosomů
- tRNA
- mRNA
- enzymy
- kanálky endoplazmatického retikula
- další bílkoviné faktory
Ribosomy
- jsou to organely tvořené ribonukleoproteinem
- jsou umístěny na drsném endoplazmaitckém retukulu
- produkty proteosyntézy se uskladňují v endoplazamtickém retikulu
- mají dvě podjednotky
- na menší podjednotku se připojuje mRNA svým 5' koncem
- po navázání aminokyseliny se mRNA posouvá ke 3' konci
- na větší podjednotku se připojuje tRNA
- na menší podjednotku se připojuje mRNA svým 5' koncem
- na jednom retikulu může být i několik ribosomů a vzniká komplexní polysom
- podle jedné molekuly mRNA může vzniknou i několik molekul polypeptidů najednou
Průběh proteosyntézy
Aktivace aminokyselin
- v cytoplasmě probíhá, za dodání energie pomocí ATP, tvorba komplexů aminokyselin s tRNA
- komplexy se nazývají aminoacyl-tRNA
- reakci katalyzuje enzym aminoacyl-tRNA-synthetasa
- každá proteinogenní aminokyseliny tvoří alespoň jeden komplex s tRNA
- každý komplex má k sobě specifický enzym
Iniciace proteosyntézy
- vzniká proteosyntetický aparát
- první se váže iniciační kodon (Met-tRNA, AUG)
- Met-tRNA s menší podjednotkou ribosomu tvoří iniciační komplex
- větší a menší podjednotka ribosomu se spojí v momentě, kdy na menší podjednotce se objeví iniciační kodon
Elongace polypeptidového řetězce
- je to postupná vazba aminokyselin podle sekvence kodonů na mRNA
- mezi jednotlivými aminokyselinami se vytváří peptidová vazba
- na řetězec se váže kyselina aminoacyl-tRNA s komplementárním antikodonem
- mezi kodonem a antikodonem vznikají vodíkové můstky
- na větší podjendnotce se vyskytují dvě vazebná místa
- peptidylové vazebné místo P
- má na sobě navázané tRNA nesoucí celý vznikající polypeptid
- aminoacylové vazebné místo A
- má na sobě navázané tRNA přinášející novou aminokyselinu
- peptidylové vazebné místo P
- Met-tRNA se naváže v P a nová molekula aminoacyl-tRNA se naváže v A
- aminokyseliny jsou v těsné blízkosti a vytváří se peptidová vazba a vzniká dipeptid
- tRNA Met-tRNA se uvolní a uvolní tak P
- mRNA se celé posouvá
- dipeptid zůstává na druhém tRNA (peptidyl-tRNA) se přesouvá do P a A se uvolní
- celý děj se mnohokrát opakuje
Terminace proteosyntézy
- elongace končí, když se v A dostává terminační triplet (UAA, UAG, UGA)
- polypeptidový řetězec se v tomto momentě uvolní z ribosomu
- robosom disociuje na podjednotky
Translační a posttranslační úpravy
- při syntéze může dojít k několika úpravám:
- odštěpení koncové aminokyseliny
- hydroxylace postranních řetězců
- tvorba sekundární a terciární struktury
- po uvolnění dochází v dalších částech buňky k dalším úpravám:
- kvarterní asociace jednotlivých polypeptidů
- štěpení
- aktivace
- glykosylace
Štěpení bílkovin
- štěpení bílkovin probíhá primárně v žaludku
- štěpení probíhá postupně z velký řetězců na menší a následně na aminokyseliny
- hydrolýzu katalyzují proteolytické enzymy (proteasy)
- někdy probíhá hydrolýza i v buňkách pomocí enzymů v lysosomech
Typy proteas
- endopeptidasy
- katalyzují štěpení uvnitř peptidového řetězce
- štěpí peptidy na menší řetězce
- exopeptidasy
- štěpí peptidy od konce
- aminopeptidasy
- štěpí od konce s aminoskupinou
- karboxypeptidasy
- štěpí od konce s karboxylovou skupinou
- dipeptidasy
- štěpi dipeptidy
Přeměny aminokyselin
Dekarboxylace
- vznikají primární aminy
- produkty mají důležité funkce v dalším metabolismu
- preukrsory hormonů
- stavební jednotky koenzymů
- stavební jednotky dalších biologických látek
Aerobní deaminace
- vznikají $\alpha$-oxokyseliny
Transaminace
- vznikají $\alpha$-oxokyseliny
- vzniklé látky se mohou použít na tvorbu energie v citrátovém cyklu
- přeměna je katalyzována enzymy aminotransferasy obsahujícíc koenzym pyridoxalfosfát
- spojuje další metabolismy s metabolismem bílkovin
- účinnými akceptory skupin $-NH_2$ jsou kyselina 2-oxoglutarová a oxaloctová, ze kterých se dusík přenáší do močoviny
Kondenzace
- dochází k ní při biosyntéze peptidů a proteinů
Přeměna postranního řetězce
- přeměn může být mnoho
- nejvýznamnější je fosforylace hydroxyaminokyselin a amidace $\gamma$ nebo $\delta$ karboxylu dikarboxylových kyselin
Detoxikace amoniaku a vznik močoviny
- při rozkladu aminokyselin vzniká amoniak
- amoniak je buněčným jedem a to už při malých koncentracích
- je nutná přeměna na jinou sloučeninu
- konečné produkty metabolismu dusíkatých látek se liší organismus od organismu
- u organisml, které spotřebují velké množství energie mohou ukládat pouze určitá množství
- ukládá se třeba v podobě apsarginu nebo glutaminu
- někteří živočichové vylučují amoniak přímo
- živočichové vyvíjející se ve vejcích tvoří jako hlavní produkt kyselinu močovou a připadně její soli
- u savců je hlavním produktem metabolismu dusíku močovina
- tvoří se v játrech v ornithinovém cyklu
- močovina se zde tvoří kondenzací dvou molekul amoniaku a molekuly $CO_2$
- $CO_2+2\ NH_3\longrightarrow{H_2N-CO-NH_2+H_2O}$
- celý proces je energeticky náročný a spotřebují se 3 molekuly ATP