แคแทบอลิซึมของกรดอะมิโน

           พลังงานที่ได้จาก กระบวนการเมแทบอลิซึมประมาณถึง 90%ในเนื้อเยื่อได้มาจากออกซิเดชันของ คาร์โบไฮเดรต และไตรเอซิลกลีเซอรอล พลังงานที่เหลือได้มาจากออกซิเดชันของกรดอะมิโน กรดอะมิโนมีหน้าที่หลักเป็นหน่วยการสร้างสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน แต่ก็มีวิถีที่สลายกรดอะมิโน แบบออกซิเดตีฟ โดยมีหลักดังนี้

           1. กรดอะมิโนที่ได้จากการสลาย โปรตีนของร่างกายตามปกติ ซึ่งไม่ถูกนำไปสังเคราะห์โปรตีน จะเข้า สู่การสลายแบบออกซิเดตีฟ  
         
           2. เมื่อได้รับกรดอะมิโน จำนวนมากเกินกว่าที่ร่างกายจะนำไปสังเคราะห์โปรตีน กรดอะมิโนจะเข้าสู่การสลาย แบบออกซิเดตีฟ เนื่องจากกรดอะมิโนไม่สามารถถูกเก็บสะสมได้
           
           3. ในระหว่างการอด อาหารหรือเป็นโรคเบาหวาน คือ เมื่อไม่มีคาร์โบไฮเดรตหรือไม่สามารถ ใช้คาร์โบไฮเดรตได้ ร่างกายจะใช้โปรตีนเป็นสารเชื้อเพลิง เพราะฉะนั้นกรดอะมิโนจะสูญเสียหมู่อะมิโน เกิดเป็นกรด แอลฟา-คีโต ซึ่งสามารถถูกออกซิไดส์ในวัฏจักรเครบส์ได้ CO2 และ H2O กรดอะมิโนที่มากเกิน ความต้องการของร่างกายจะไม่ถูกนำไปใช้สังเคราะห์โปรตีนหรือชีวโมเลกุลอื่น ๆ จะไม่ถูกเก็บสะสมเหมือนกลูโคส และกรดไขมัน และจะไม่ถูกขับออกจากร่างกายแต่จะถูกนำไปผลิตพลังงาน หมู่ แอลฟา-อะมิโนของกรดอะมิโน ถูกกำจัดออกไปเหลือโครงร่าง C ที่จะถูกเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารตัวกลางของเมแทบอลิซึม หมู่อะมิโนส่วนใหญ่ จะถูกเปลี่ยนไปเป็นยูเรีย และโครงร่าง C ถูกเปลี่ยนไปเป็นอะซีติลโคเอ อะซีโตอะซีติลโคเอ ไพรูเวต หรือ สารตัวกลางของวัฏจักรเครบส์ เพราะฉะนั้นกรดไขมัน คีโตนบอดีส์ และกลูโคสสามารถถูกสร้างขึ้นจากกรดอะมิโนได้ การสลายกรดอะมิโนในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกิดขึ้นในตับส่วนใหญ่

           หมู่อะมิโน ของกรดอะมิโนหลายชนิดจะถูกถ่ายทอดไปให้กับ แอลฟา-คีโตกลูตาเรต เกิดเป็นกลูตาเมต แล้วจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดตีฟ ดีอะมีเนชันได้ NH4+ ออกมา การถ่ายทอดหมู่ แอลฟา-อะมิโน จากกรด แอลฟา-อะมิโนไปให้กับกรด แอลฟา-คีโต แล้วเกิดกรด แอลฟา-อะมิโน และกรด แอลฟา -คีโตตัวใหม่ เรียกปฏิกิริยานี้ว่า ทรานส์อะมีเนชัน (transamination) เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยานี้ คือ ทรานส์อะมีเนส (transaminase) หรืออะมิโนทรานส์เฟอเรส (aminotransferase) มีหมู่พรอสเธติกเป็นไพริดอซัล ฟอสเฟต เอนไซม์แอสปาร์เตต อะมิโนทรานส์เฟอเรส เร่งปฏิกิริยาการถ่ายทอดหมู่อะมิโนจาก แอสปาร์เตตไปให้กับ แอลฟา-คีโตกลูตาเรต และเอนไซม์อะลานีนอะมิโนทรานส์เฟอเรสซึ่งพบในเนื้อเยื่อของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเช่นกัน เร่งปฏิกิริยาการถ่ายทอดหมู่อะมิโนจากอะลานีนไปให้กับ แอลฟา-คีโต กลูตาเรต

           จากปฏิกิริยาทรานส์อะมีเนชัน อะลานีนสามารถให้หมู่อะมิโนกับ แอลฟา-คีโตกลูตาเรต ทำให้เกิดกลูตาเมต ขึ้น เพราะฉะนั้นปฏิกิริยาทรานส์อะมีเนชันที่เร่งโดยเอนไซม์ทรานส์อะมีเนสทั้ง 2 ชนิดนี้ จึงทำหน้าที่ถ่ายทอดหมู่ แอลฟา-อะมิโนจากกรดอะมิโนชนิดต่าง ๆ ไปให้กับกรด แอลฟา-คีโตเกิดกลูตาเมต กลูตาเมตที่เกิดขึ้นนี้ จะถูกสลายต่อไปโดยปฏิกิริยาออกซิเดตีฟ ดีอะมีเนชันได้ NH4+ ออกมา ปฏิกิริยานี้เร่งโดยเอนไซม์กลูตาเมต ดีไฮโดรเจเนส ที่มี NAD+หรือ NADP+ เป็นโคเอนไซม์

ที่มา : http://www.chups.jussieu.fr/polys/biochimie/EEbioch/EE_53_1_PICT.jpg


           เอนไซม์กลูตาเมต ดีไฮโดรเจเนส พบในเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรียเท่านั้น เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการสร้าง NH3ในเนื้อเยื่อสัตว์ที่มีกระดูกสันหลัง GTP และ ATP เป็นตัวยับยั้งอัลโลสเตริก แต่ GDP และ ADP เป็นตัวกระตุ้นอัลโลสเตริกของเอนไซม์ชนิดนี้ GTP เป็นผลผลิตของเอนไซม์ซักซินิลโคเอ ซินเธเทส ในวัฏจักรเครบส์ เมื่อใดที่ตับต้องการสร้างเชื้อเพลิงสำหรับผลิต ATP แอกติวิตีของกลูตาเมต ดีไฮโดรเจเนส จะสูงขึ้น เพื่อสร้าง แอลฟา-คีโตกลูตาเรตสำหรับวัฏจักรเครบส์ และเกิด NH3 ซึ่งจะถูกขับออกจากร่างกาย แต่มีการสะสม GTP เมื่อเกิดวัฏจักรเครบส์ในไมโทคอนเดรียสูง เพราะฉะนั้น GTP จึงไปยับยั้งปฏิกิริยา ออกซิเดตีฟดีอะมีเนชันของกลูตาเมต

           NH4+ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยานี้สามารถ ถูกนำกลับไปใช้ในการสังเคราะห์กรดอะมิโนอีกโดยใช้ปฏิกิริยาย้อนกลับ ที่ใช้เอนไซม์ชนิดเดิม แต่ต้องการ NADP+ เป็นโคเอนไซม์ ในขณะที่ปฏิกิริยาข้างบนต้องการ NAD+ เป็นโคเอนไซม์ นอกจากนี้ NH4 + บางส่วนที่เกิดขึ้นจากการสลาย ของกรดอะมิโนจะถูกนำไปใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบ ไนโตรเจนอื่น ๆ ได้ เพราะฉะนั้นเมื่อรวมปฏิกิริยาของทรานส์อะมีเนสและกลูตาเมตดีไฮโดรเจเนส จะได้ปฏิกิริยารวม ดังนี้

กรด แอลฟา-อะมิโน + NAD+ + H2
                             (NADP+)     

กรด แอลฟา-คีโต + NH4+ + NADH + H+
                                        (NADPH)




ที่มา : http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/mcmurrygob/medialib/media_portfolio/text_images/FG27_03.JPG

           การขนส่ง NH4+ จากเนื้อเยื่อต่าง ๆ ไปยังตับ

            NH3 เป็นพิษต่อสมองเพราะฉะนั้นการสร้างยูเรียในตับ
จึงเป็นวิถีที่สำคัญในการกำจัด NH4+ที่เป็นพิษต่อสมอง NH4+ มี pKa ค่อนข้างสูง ที่ pH ของเลือดจึงทำให้ NH3 อยู่ในรูปของ NH4+ เกือบทั้งหมด NH4+ ไม่สามารถผ่านเมมเบรนของเซลล์ และของไมโทคอนเดรียได้ แต่เมมเบรนเหล่านี้ยอมให้โมเลกุลของ NH3 ที่เป็นกลางผ่านเข้าออกได้ ที่ pH ประมาณ 7.4 1% ของ NH4+ ในเลือดจะอยู่ในรูปของ NH3 ซึ่งสามารถผ่านเมมเบรนของเซลล์สมองเข้าสู่ไมโทคอนเดรียได้ มีผลทำให้เกิดการสร้างกลูตาเมตจาก แอลฟา-คีโตกลูตาเรต และNH4+ โดยเอนไซม์กลูตาเมต ดีไฮโดรเจเนส และการสร้างกลูตามีนจากกลูตาเมต โดยเอนไซม์ กลูตามีน ซินเธเทส กลูตามีนทำหน้าที่ขนส่ง NH4+จากเนื้อเยื่อต่าง ๆ ไปยังตับ เพื่อกำจัดพิษของ NH4+ จากเนื้อเยื่อ ในเนื้อเยื่อต่าง ๆ ของสัตว์มีวิถีเปลี่ยน NH4+ ให้อยู่ในรูปของสารประกอบที่ไม่เป็นพิษ ก่อนที่จะถูกขนส่งไปตาม กระแสโลหิต โดยที่ NH4+ จะรวมกับกลูตาเมตสร้างเป็นกลูตามีน โดยปฏิกิริยาที่มีเอนไซม์กลูตามีนซินเธเทส เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ATP + NH4+ + กลูตาเมต ADP + Pi + กลูตามีน + H+

            กลูตามีนเป็นสารประกอบที่เป็นกลางไม่เป็นพิษ และสามารถผ่านเซลล์เมมเบรนได้ในขณะที่กรดกลูตามิก
มีประจุลบไม่สามารถผ่านเมมเบรนเข้าออกเซลล์ได้ กลูตามีนจะถูกขนส่งไปยังตับโดยทางกระแสโลหิตแล้ว จะถูกสลายไปเป็นกลูตาเมต และNH4+ โดยเอนไซม์กลูตามีเนส(glutaminase) NH4+ ที่เกิดขึ้นจะถูก เปลี่ยนแปลงเป็นยูเรียโดยวัฏจักรยูเรียในตับ และจะถูกจำกัดออกจากร่างกายต่อไป เพราะฉะนั้นกลูตามีน จึงเป็นรูปขนส่งที่สำคัญของ NH4+จึงพบกลูตามีนมีความเข้มข้นที่สูงกว่ากรดอะมิโนชนิดอื่น ๆ ในเลือด

           การกำจัด NH4+

           NH4+จะถูกกำจัดออกจากร่างกายใน 3 รูป คือ NH3ยูเรีย และกรดยูริก (uric acid) สัตว์น้ำกำจัด NH4+ ในรูปของ NH3 จึงเรียกว่า แอมโมโนเทอลิก (ammonotelic animal) สัตว์บกที่มีกระดูกสันหลังส่วนใหญ่กำจัดในรูปของยูเรียเรียกว่าเป็นยูริโอเทอลิก (ureotelic animal) ยูเรียเป็นสารประกอบที่ละลายน้ำได้ดีและไม่เป็นพิษ เพราะฉะนั้นการสังเคราะห์ยูเรียจึงเป็นวิถีที่สำคัญในการกำจัด NH4+ ของคน เกิดขึ้นที่ตับแล้วจะถูกปล่อยออกสู่กระแสโลหิต ผลสุดท้ายจะถูกกำจัดออกจากร่างกายทางไต สัตว์เลื้อยคลานและนกกำจัดในรูปของกรดยูริก เรียกสัตว์พวกนี้ว่า ยูริโคเทอลิก (uricotelic animal) กรดยูริกและเกลือของมันไม่ละลายน้ำ และสามารถตกตะกอนในของเหลวและในเนื้อเยื่อเมื่อมีความเข้มข้นสูง นอกจากนี้กรดยูริกยังเป็นผลผลิตสุดท้ายที่สำคัญของเมแทบอลิซึมของเพียวรีนในคน ลิง นก และสัตว์เลื้อยคลาน กรดยูริกเป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยวงแหวน 2 วงแหวนที่อยู่รวมกัน ปฏิกิริยาการนำ N อะตอมจากหมู่ แอลฟา-อะมิโนของกรดอะมิโนไปสร้างเป็นกรดยูริก เป็นปฏิกิริยาที่ยุ่งยากมาก กรดยูริกสามารถอยู่ในรูปของทอโทเมอร์ (tautomer) และสามารถแตกตัวอยู่ในรูปยูเรต (urate) ได้

HOME
NEXT