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 jednom retikulu může být i několik ribosomů a vzniká komplexní polysom
    • podle jedné molekuly mRNA může vzniknou i několik molekul polypeptidů najednou
Schéme proteosyntetického aparátu
Schéme proteosyntetického aparátu

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
  • 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
Schéma proteosyntézy
Schéma proteosyntézy

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
Dekarboxylace
Dekarboxylace

Aerobní deaminace

  • vznikají $\alpha$-oxokyseliny
Aerobní deaminace
Aerobní deaminace

Transaminace

  • vznikají $\alpha$-oxokyseliny
  • 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
Transaminace
Transaminace

Kondenzace

  • dochází k ní při biosyntéze peptidů a proteinů
Kondenzace
Kondenzace

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