Informatie

Wat gebeurt er met rechtsdraaiende aminozuren bij mensen?


Zoals deze vraag aangeeft, hebben de meeste aminozuren in het menselijk lichaam de L-chiraliteit. Omdat enzymen ook handig zijn, wat gebeurt er dan met de D-aminozuren die in het menselijk lichaam terechtkomen? Worden ze gewoon uitgescheiden? Zijn er enzymen (misschien niet bij mensen) die een D-aminozuur omzetten in een L-one?


Meestal worden ze niet gebruikt. er zijn aminozuurracemasen, die L- en D-vormen van sommige specifieke aminozuren onderling omzetten, die kunnen worden gebruikt in bepaalde biosynthetische of metabole routes.

In het bijzonder denk ik aan vuurvliegluciferase die D-cysteïne gebruikt als een re-doxreagens om het luciferinesubstraat te regenereren dat het lichtgenererende enzym verbruikt. zie dia 4 hier.

Niet-ribosomale peptidesynthasen gebruiken vaak ook D-aminozuren.

Ik geloof echter niet dat d-aminozuren echt in eiwitten worden ingebouwd.


Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in D-aminozuuroxidase (EC 1.4.3.3), een flavoproteïne (FAD) zeer specifiek voor de D-vorm van aminozuren, dat in 1935 werd ontdekt door Hans Krebs (zie hier), en dat een brede verspreiding heeft (ook bij mensen).

Het enzym is zeer grondig onderzocht, met name door Massey & medewerkers (zie hier bijvoorbeeld)

D-aminozuuroxidase (EC 1.4.3.3) katalyseert de reactie die resulteert in de volgende transformatie

D-aminozuur + H2O + O2 = 2-oxocarboxylaat + NH3 + H2O2

2-Oxo-carboxylaten zijn wat vroeger α-ketozuren werden genoemd. Pyruvaat wordt bijvoorbeeld geproduceerd uit D-Ala.

Het product van de enzymatische reactie is het iminozuur dat niet-enzymatisch wordt gehydrolyseerd tot a-ketozuur (zie Pollegioni et al., 1994, en referenties daarin)

Een uitstekende recensie

  • D-aminozuuroxidase: fysiologische rol en toepassingen

    door S.V. Khoronenkova & V.I. Tishkov,

    Biochemie (Moskou) is gratis beschikbaar vanaf hier

Deze auteurs hebben interessante dingen te zeggen over D-Serine, D-Proline en D-Alanine, en nog veel meer.

Aanvullende referentie:

  • Pollegioni L, Fukui K, Massey V. (1994) Studies naar het kinetische mechanisme van D-aminozuuroxidase van varkensnieren door plaatsgerichte mutagenese van tyrosine 224 en tyrosine 228. J. Biol. Chem. 269, 31666-31673. [pdf]

veel D-aminozuren worden helemaal niet gebruikt, hoewel sommige een nogal ingewikkeld metabolisme hebben, zowel synthese als gebruik: D-alanine bijvoorbeeld.


Wat zijn aminozuren en waarom heb je ze nodig?

Aminozuren zijn een groep van 20 organische verbindingen die specifieke vormingskenmerken delen. Ze staan ​​bekend als de ‘bouwstenen’ van eiwitten in zowel planten als dieren. Omdat ze zo'n fundamentele rol spelen, zijn ze betrokken bij veel chemische reacties in je hele lichaam om de normale functies van je lichaam te helpen behouden.

Aminozuren zijn gegroepeerd in drie categorieën: essentieel, niet-essentieel en voorwaardelijk. De groep waartoe een specifiek aminozuur behoort, hangt af van waar uw lichaam het vandaan haalt.

  • Essentiële aminozuren: Je lichaam kan geen essentiële aminozuren aanmaken. Deze moeten worden verkregen door een externe bron, meestal via voedsel of suppletie. De meeste mensen zijn in staat om voldoende essentiële aminozuren binnen te krijgen via hun voeding. De essentiële aminozuren zijn histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, fenylalanine, threonine, tryptofaan en valine.
  • Niet-essentiële aminozuren: Niet-essentiële aminozuren zijn aminozuren die je lichaam van nature gedurende de dag aanmaakt, of je nu voedsel eet dat ze bevat of niet. De niet-essentiële aminozuren zijn alanine, asparagine, asparaginezuur en glutaminezuur.
  • Voorwaardelijke aminozuren: Deze aminozuren worden alleen onder specifieke omstandigheden geproduceerd, meestal wanneer je lichaam een ​​ziekte afweert of met stress omgaat. De voorwaardelijke aminozuren zijn arginine, cysteïne, glutamine, tyrosine, glycine, ornithine, proline en serine.

Een uitgebalanceerd dieet kan ervoor zorgen dat u de hele dag door een gezonde inname van essentiële en niet-essentiële aminozuren krijgt. Zonder een adequate inname van aminozuren zal uw lichaam niet zo effectief eiwitten in uw lichaam kunnen produceren, en in sommige gevallen zullen de eiwitten in spieren en weefsels beginnen te verzwakken of afbreken.

Aminozuren spelen een rol in bijna elk systeem in uw lichaam, waaronder:

  • Assisteren bij de aanmaak en groei van spieren, bindweefsel en huid
  • Assisteren bij het behouden van spiertonus en weefselsterkte
  • Genezing en reparatie
  • Normale spijsvertering
  • Je lichaam van energie voorzien
  • Gemoedstoestand reguleren door te helpen bij de productie van hormonen
  • Produceren van neurotransmitters
  • Zorgen voor een gezonde huid, haar en nagels

We breiden uit naar nieuwe locaties waar At-Home IV Drips worden geserveerd


De 20 aminozuren en hun rol in eiwitstructuren

Elk van de 20 meest voorkomende aminozuren heeft zijn specifieke chemische kenmerken en zijn unieke rol in de structuur en functie van eiwitten. Op basis van de neiging van de zijketen om in contact te komen met water, kunnen aminozuren bijvoorbeeld worden geclassificeerd als hydrofoob (lage neiging om in contact te komen met water), polair en geladen (energetisch gunstige contacten met water).

Geladen aminozuren
Het is gemakkelijk te zien welke aminozuren geladen zijn, simpelweg omdat ze bij een neutrale pH (rond de 7) een enkele lading bevatten. Er zijn er vier, twee basische aminozuren, lysine (Lys) en arginine (Arg) met een positieve lading bij neutrale pH, en twee zure, aspartaat (Asp) en glutamaat (Glu) met een negatieve lading bij neutrale pH. De zogenaamde zoutbruggen, die worden gevormd door de interactie tussen positief en negatief geladen aminozuurzijketens, zijn belangrijk gebleken voor de stabilisatie van de driedimensionale structuur van eiwitten. Geladen aminozuren in eiwitten van thermofiele organismen (organismen die leven bij verhoogde temperaturen, tot 80-90 C of zelfs hoger) vormen bijvoorbeeld vaak een uitgebreid netwerk van zoutbruggen op het oppervlak van deze eiwitten, wat bijdraagt ​​aan hun thermostabiliteit en het voorkomen van denaturatie bij hoge temperaturen. Binding van metaalionen in eiwitten is een andere functie van de negatief geladen carboxylgroepen van Asp en Glu. Metalloproteïnen en metaalbinding is een fascinerend gebied van structurele biologie. Ik hoop dat ik in de toekomst dit compendium zal aanvullen met een hoofdstuk over metaalbinding in eiwitten.

Polaire aminozuren
Bij het overwegen van polariteit zijn sommige aminozuren eenvoudig toe te wijzen, terwijl we in andere gevallen onenigheid kunnen tegenkomen. Serine (Ser), threonine (Thr) en tyrosine (Tyr) zijn bijvoorbeeld duidelijk polair omdat ze een hydroxylgroep (-OH) dragen. Deze polaire groep kan deelnemen aan de vorming van waterstofbruggen met een andere polaire groep door een proton te doneren of te accepteren. Asparagine (Asn) en glutamine (Gln) zijn ook polair, ze dragen een polaire amidegroep. Histidine (His) kan daarentegen zowel polair als geladen zijn, afhankelijk van de omgeving en de pH. Het heeft twee &ndashNH-groepen met een pKa-waarde van ongeveer 6. Wanneer beide groepen geprotoneerd zijn, heeft de zijketen een lading van +1. De pKa kan worden gemoduleerd door de eiwitomgeving op een manier dat de zijketen een proton kan weggeven en neutraal kan worden, of een proton kan accepteren en geladen kan worden. Dit vermogen maakt histidine bruikbaar in enzymactieve plaatsen wanneer protonextractie vereist is door de chemische reactie. De aromatische aminozuren tryptofaan (Trp), en het eerder genoemde Tyr, evenals het niet-aromatische methionine (Met) worden soms amfipathisch genoemd vanwege hun vermogen om zowel polair als niet-polair karakter te hebben. Deze residuen bevinden zich dicht bij het grensvlak tussen een eiwit en oplosmiddel. We moeten hier opmerken dat de zijketens van histidine, tyrosine, fenylalanine en tryptofaan ook in staat zijn om zwakke waterstofbruggen te vormen van het type OH&minus&pi en CH&minusO, met behulp van elektronenwolken in hun ringstructuren. Zie Scheiner et al., 2002 voor een bespreking van OH&minus&pi- en CH&minusO-typen waterstofbruggen.

Hydrofobe aminozuren
De hydrofobe aminozuren omvatten alanine (Ala, A), valine (Val, V), leucine (Leu, L), isoleucine (Ile, I), proline (Pro, P), fenylalanine (Phe, F) en cysteïne (Cys ). Deze residuen bevinden zich normaal gesproken in de eiwitkern, geïsoleerd uit oplosmiddel. Ze nemen deel aan van der Waals-interacties, die essentieel zijn voor de stabilisatie van eiwitstructuren. Bovendien zijn Cys-residuen betrokken bij driedimensionale structuurstabilisatie door vorming van disulfide (S-S) bruggen, die verschillende delen van een eiwitstructuur kunnen verbinden, of zelfs verschillende subeenheden in een complex. We moeten hier opmerken dat er ook in het geval van Cys enige onenigheid bestaat over de toewijzing ervan aan de hydrofobe groep. Volgens sommige schema's is het bijvoorbeeld hydrofoob, terwijl anderen het als polair beschouwen, omdat het vaak dicht bij of aan het oppervlak van eiwitten wordt aangetroffen.

Hieronder staan ​​de 20 meest voorkomende aminozuren in eiwitten opgesomd met hun drieletterige en eenletterige codes:

Opgeladen ( zijketens vormen vaak zoutbruggen ):
&bull Arginine - Arg - R
&bull Lysine - Lys - K
&bull Asparaginezuur - Asp - D
&bull Glutaminezuur - Glu - E

polair ( waterstofbruggen vormen als protondonoren of -acceptors ):
&bull Glutamine - Gln - Q
&bull Asparagine - Asn - N
&stier Histidine - His - H
&bull Serine - Ser - S
&bull Threonine - Thr - T
&stier Tyrosine - Tyr - Y
&stier Cysteïne - Cys - C

Amfipathisch ( vaak gevonden aan het oppervlak van eiwitten of lipidemembranen, soms ook geclassificeerd als polair ):
&stier Tryptofaan - Trp - W
&stier Tyrosine - Tyr - Y
&bull Methionine - Met - M (kan functioneren als een ligand voor metaalionen)

Hydrofoob ( normaal begraven in de eiwitkern) :
&stier Alanine - Ala - A
&stier Isoleucine - Ile - I
&stier Leucine - Leu - L
&bull Methionine - Met - M
&stier Fenylalanine - Phe - F
&stier Valine - Val - V
&bull Proline - Pro - P
&stier Glycine - Gly - G

Verdeling van aminozuren in eiwitten
De voorkeurslocatie van verschillende aminozuren in eiwitmoleculen kan kwantitatief worden gekarakteriseerd door de mate te berekenen waarmee een aminozuur in de structuur wordt begraven of aan oplosmiddel wordt blootgesteld. De afbeelding hieronder geeft een idee over de verdeling van de verschillende aminozuren binnen eiwitmoleculen. Terwijl hydrofobe aminozuren meestal worden begraven, blijkt ook een kleinere fractie van polaire groepen begraven te zijn, terwijl geladen residuen blijkbaar in veel hogere mate worden blootgesteld.

Begraven/blootgestelde fractie van aminozuren in eiwitmoleculen.
De verticale as toont de fractie van sterk begraven residuen, terwijl de horizontale as de aminozuurnamen in een lettercode toont.
Afbeelding van de
tutorial door J.E. Wampler ,

Water & waterstofbruggen
Om een ​​waterstofbinding te vormen, moeten twee elektronegatieve atomen (bijvoorbeeld in het geval van een a-helix het amide N en het carbonyl O) een interactie aangaan met dezelfde waterstof. De waterstof is covalent gebonden aan een van de atomen (de waterstofbrugdonor genoemd) en interageert met de andere (de waterstofbrugacceptor). In eiwitten zijn in wezen alle groepen die in staat zijn H-bindingen te vormen (zowel hoofdketen als zijketen) gewoonlijk H-gebonden aan elkaar of aan watermoleculen. Vanwege hun elektronische structuur kunnen watermoleculen 2 waterstofbruggen accepteren en er 2 doneren, waardoor ze tegelijkertijd betrokken zijn bij in totaal 4 waterstofbruggen. Watermoleculen kunnen ook betrokken zijn bij de stabilisatie van eiwitstructuren door waterstofbruggen te maken met de hoofdketen en zijketengroepen in eiwitten en zelfs door verschillende eiwitgroepen aan elkaar te koppelen. Bovendien wordt vaak gevonden dat water betrokken is bij ligandbinding aan eiwitten, waardoor ligandinteracties met polaire of geladen zijketen- of hoofdketenatomen worden bemiddeld. Het is handig om te onthouden dat de energie van een waterstofbrug afhangt van de afstand tussen de donor en de acceptor en de hoek daartussen, en in het bereik van 2-10 kcal/mol ligt. Voor meer gedetailleerde informatie over waterstofbruggen kan ik de recensie van Hubbard & Haider, 2010 aanbevelen.


Voedingsmiddelen rijk aan essentiële aminozuren

Hoge niveaus van arginine komen van nature voor in rundergehakt, kekerbonen, Atlantische zalm, geroosterde pinda's, sojamelk en bruine rijst, volgens "The Health Professional's Guide to Popular Dietary Supplements." Histidinerijke voedingsmiddelen zijn gedroogd eiwit, Atlantische kabeljauw, Parmezaanse kaas, spek, kalfsvlees, varkenskarbonades en kipfilet. Hoge niveaus van isoleucine en leucine worden aangetroffen in Atlantische kabeljauw, gedroogd spirulina-zeewier, Parmezaanse kaas en romano-kazen, spek, peterselie en Zwitserse kaas. Atlantische kabeljauw, rooksteur, kalkoen, tonijn, edam en ansjovis zijn rijk aan lysine.

Atlantische kabeljauw bevat veel methionine en fenylalanine, evenals Parmezaanse kaas en romano-kazen, gedroogd spirulina-zeewier en spek. Threoninerijke voedingsmiddelen zijn onder andere witvleeskalkoen, kalfsvlees, tonijn, kipfilet en roze zalm. Atlantische kabeljauw en gedroogde spirulina zijn twee van de voedingsmiddelen met constant hoge niveaus van meerdere essentiële aminozuren, waaronder tryptofaan, dat ook van nature voorkomt in langoest, fontina en edam, witvleeskalkoen en kippenbeest. Voedingsmiddelen die rijk zijn aan valine zijn harde geitenkaas, kalfsvlees, gerookte steur, witvleeskalkoen en Roquefort-kaas.


Analyse van aminozuurmengsels

De moderne biochemicus heeft een breed scala aan methoden beschikbaar voor de scheiding en analyse van aminozuren en eiwitten. Deze methoden benutten de chemische verschillen van aminozuren en in het bijzonder hun ionisatie- en oplosbaarheidsgedrag.

Een typische bepaling van de aminozuursamenstelling van eiwitten omvat drie basisstappen:

Hydrolyse wordt bereikt door behandeling van een gezuiverd eiwit met een geconcentreerde zure oplossing (6N HCl) bij een zeer hoge temperatuur (meestal 110 ° C [230 ° F]) gedurende maximaal 70 uur. Deze omstandigheden splitsen de peptidebinding tussen elk en elk aminozuurresidu.

Het gehydrolyseerde eiwitmonster wordt vervolgens gescheiden in de samenstellende aminozuren. Methoden die belangrijk zijn voor aminozuurscheidingen omvatten ionenuitwisselingschromatografie, gaschromatografie, hogedrukvloeistofchromatografie en meest recentelijk capillaire zone-elektroforese.

De gevoeligheid van de analyse van gescheiden aminozuren is sterk verbeterd door het gebruik van fluorescerende moleculen die aan de aminozuren zijn gehecht, gevolgd door hun daaropvolgende detectie met behulp van fluorescentiespectroscopie. Aminozuren kunnen bijvoorbeeld chemisch worden "gelabeld" met een klein fluorescerend molecuul (zoals O-ftalaldehyde). Met deze benaderingen kan routinematig slechts een picomol (10 12 mol) van een aminozuur worden gedetecteerd. Recentelijk is dit gevoeligheidsbereik uitgebreid tot het attomole-bereik (10 −18 mol).


Andere problemen

Als u een tekort aan aminozuren krijgt door een eiwitarm dieet te volgen, kunt u problemen tegenkomen die subtiel zijn en niet gemakkelijk herkenbaar zijn als een syndroom of ziekte. Volgens voedingsdeskundigen van de Universiteit van New Hampshire kun je vaak verkouden worden of je ongewoon vermoeid voelen. Het kan ook zijn dat u langzaam herstelt na een fysieke training. Bovendien kunnen snijwonden of andere lichte verwondingen langzaam genezen en kunt u zwelling in uw handen, voeten of buik opmerken.


Aromatische aminozuren

  • Fenylalanine (Phe/F) is een niet-polair, essentieel aminozuur dat wordt gecodeerd door UUU en UUC. Het is een metabolische voorloper van tyrosine. Het onvermogen om fenylalanine te metaboliseren komt voort uit de genetische aandoening die bekend staat als fenylketonurie. Fenylalanine is een bestanddeel van de kunstmatige zoetstof aspartaam.
  • Tryptofaan (Trp/W) is een essentieel aminozuur dat een functionele indoolgroep bevat. Het is een metabolische voorloper van serotonine, niacine en (in planten) het auxine-fytohormoon. Hoewel bekend staat dat het als slaapmiddel dient, zijn er geen duidelijke onderzoeksresultaten die dit aangeven.
  • Tyrosine (Tyr/Y) is een niet-essentieel aminozuur dat wordt gecodeerd door UAC en UAU. Het is een doelwit voor fosforylering in eiwitten door tyrosine-eiwitkinasen en speelt een rol bij signaalprocessen. In dopaminerge hersencellen zet tyrosinehydroxylase tyrosine om in l-dopa, een directe voorloper van dopamine. Dopamine is op zijn beurt een voorloper van noradrenaline en epinefrine. Tyrosine is ook een voorloper van schildklierhormonen en melanine.

Metabolisme van fenylalanine en tyrosine | Biochemie

Het is niet verwonderlijk dat het metabolisme van deze twee aromatische aminozuren nauw met elkaar verbonden is, omdat ze alleen verschillen door de aanwezigheid van een fenolische OH in het tyrosinemolecuul.

We zullen hier niet hun biosynthese bestuderen die - in organismen waar het plaatsvindt, vooral bacteriën - begint met 2 verbindingen van het koolhydraatmetabolisme (erythrose-4-℗ en fosfocnolpyruvaat) en gaat door shikiminezuur dat ook een voorloper is van tryptofaan.

Bij de mens is fenylalanine een essentieel aminozuur, terwijl tyrosine dat niet is, omdat het, zoals we hierna zullen zien, gemakkelijk uit fenylalanine kan worden gevormd.

De studie van het metabolisme van deze twee aminozuren is in meer dan één opzicht interessant, omdat onder de transformaties die ze in het organisme kunnen ondergaan, sommige leiden tot hormonen of pigmenten, maar wat nog belangrijker is, sommige erfelijke ziekten worden gekenmerkt door stoornissen van het katabolisme van deze twee aminozuren, die ons in staat zullen stellen te onderzoeken hoe men in sommige gevallen precies kan bepalen welk enzym (dwz welk gen) is aangetast door de laesie die een erfelijke ziekte veroorzaakt.

Normaal katabolisme van fenylalanine en tyrosine:

Zoals blijkt uit figuur 7-24, wordt fenylalanine gehydroxyleerd tot tyrosine. Deze reactie is niet omkeerbaar, wat verklaart dat de behoefte aan fenylalanine niet kan worden gedekt door toediening van tyrosine. Eén molecuul zuurstof neemt deel aan deze reactie: het ene atoom wordt opgenomen in het substraat, het andere wordt gereduceerd tot H2O door FH4 die wordt geoxideerd tot FH2 (het wordt dan weer teruggebracht tot FH4 door NADPH).

Tyrosine verliest dan zijn aminogroep door trans­aminering en geeft para-hydroxy-fenyl-pyrodruivenzuur dat wordt geoxideerd tot chinol. Na transpositie leidt een oxidatieve decarboxylatie tot alcapton of homogentisinezuur dat normaal wordt afgebroken tot fumaarzuur (dat zich kan aansluiten bij de Krebs-cyclus en glucose kan geven door neoglucogenese die de twee aminozuren een glucogeen karakter geeft), en aan de andere kant anderzijds naar aceto-azijnzuur (vandaar het ketogene karakter van fenylalanine en tyrosine).

Aandoeningen van het katabolisme van fenylalanine en tyrosine:

A) Op het niveau van fenylalanine-hydroxylase:

Dit enzym is afwezig bij personen die lijden aan fenylketonurie, een aangeboren ziekte die ook wel fenylpyruvische oligofrenie wordt genoemd vanwege de daarmee gepaard gaande psychische stoornis. Fenylalanine kan niet worden omgezet in tyrosine en, zoals weergegeven in figuur 7-25, vormt het fenylpyrodruiven, fenylmelkzuur en fenylazijnzuur (de laatste wordt uitgescheiden in de urine in een aan glutamine geconjugeerde vorm).

Dit is een ernstige ziekte, maar indien vroeg ontdekt (door middel van micro-organismen die voor hun groei fenylalanine, fenylpyrodruivenzuur of fenylmelkzuur nodig hebben), kunnen de zuigelingen op een streng dieet worden gezet (zonder overmatige fenylalanine) waardoor voorkomen dat pathologische symptomen optreden.

B) Op het niveau van homogentisinezuuroxidase:

Bij afwezigheid van dit enzym kan homogentisinezuur niet meer worden afgebroken en komt het in de urine terecht, die na alkalisering, hetzij spontaan, door vorming van NH, een bruine kleur krijgt.3, of geïnduceerd (alcapton wordt geoxideerd en vormt bruine pigmenten). Alcaptonurie is geen ernstige erfelijke ziekte.

C) Op het niveau van para-hydroxy-fenyl-pyruvaat-oxidase:

Bij mensen en dieren die aan scheurbuik lijden, ziet men een eliminatie van para-hydroxy-fenyl-pyrodruivenzuur en para-hydroxy-fenyl-melkzuur toediening van vitamine C herstelt een normaal katabolisme.

In tegenstelling tot de twee bovengenoemde gevallen is het hier niet de afwezigheid van een enzym als gevolg van een laesie van het overeenkomstige gen, maar de inactivering van het oxidase die problemen veroorzaakt. ascorbinezuur oefent waarschijnlijk een beschermend effect uit dankzij zijn reducerende eigenschappen en voorkomt de inactivering van het enzym door oxidatie.

Vorming van melanines:

Het zijn zwarte pigmenten die niet alleen in micro-organismen en planten aanwezig zijn, maar ook in dieren en de mens in laatstgenoemde melanines zijn vooral aanwezig in de huid en haren, in wisselende hoeveelheden, behalve bij sommige individuen die albino's worden genoemd, waar de omzetting van tyrosine in melanines wordt vastgezet (zie afb. 7-26).

Deze blokkering kan te wijten zijn aan ofwel de afwezigheid - in de melanocyten waar melanogenese plaatsvindt - van het enzym dat de hydroxylering van tyrosine tot dopa katalyseert (dit wordt “tyrosinase”, een verkeerde benaming omdat het geen hydrolyse katalyseert), of een tekortkoming in de processen die plaatsvinden na de vorming van dopa, vooral in de polymerisatie.

Vorming van nor-adrenaline en adrenaline:

Zoals blijkt uit figuur 7-27, zijn fenylalanine en tyrosine ook de voorlopers van nor-adrenaline en adrenaline. Deze reeks reacties omvat eerst 2 opeenvolgende hydroxyleringen (van fenylalanine tot tyrosine en tyrosine tot dopa), een decarboxylering die leidt tot dopamine, vervolgens een andere hydroxylering die nor-adrenaline geeft en tenslotte een methylering die wordt uitgevoerd ten koste van S-adenosylmethionine en geeft adrenaline.

Vorming van schildklierhormonen:

De jodiden (I''8211) die in het bloed circuleren, worden door de schildklier opgenomen waar ze worden geoxideerd (tot I° of I+). De H-atomen die ortho zijn ten opzichte van de fenolgroep van tyrosylresten van een eiwit dat specifiek is voor de klier - thyroglobuline - worden dan vervangen door jodium en er is vorming van 3-mono-joodtyrosyl- en 3,5-di-joodtyrosyl-resten. condenseren tot 3, 5, 3′ triiodothyronine (T3) en 3, 5, 3'8242, 5'8242 tetra-joodthyronine (T4) of thyroxine (zie fig. 7-28) die worden vrijgemaakt door de werking van proteasen op thyroglobuline. De 2 hormonen kunnen dan worden uitgescheiden en in het bloed terechtkomen.

Figuur 7.29 is een algemeen diagram van het metabolisme van fenylalanine en tyrosine.


Eiwitten verbinden met glucosemetabolisme

Overtollige aminozuren worden omgezet in moleculen die de routes van glucosekatabolisme kunnen binnengaan.

Leerdoelen

Beschrijf de rol die eiwitten spelen in het glucosemetabolisme

Belangrijkste leerpunten

Belangrijkste punten

  • Aminozuren moeten worden gedeamineerd voordat ze een van de routes van glucosekatabolisme binnengaan: de aminogroep wordt omgezet in ammoniak, dat door de lever wordt gebruikt bij de synthese van ureum.
  • Gedeamineerde aminozuren kunnen worden omgezet in pyruvaat, acetyl CoA of sommige componenten van de citroenzuurcyclus om de routes van glucosekatabolisme binnen te gaan.
  • Verschillende aminozuren kunnen op meerdere locaties de glucosekatabolismeroutes binnendringen.

Sleutelbegrippen

  • katabolisme: Destructief metabolisme, meestal inclusief het vrijkomen van energie en afbraak van materialen.
  • keto zuur: Elk carbonzuur dat ook een ketongroep bevat.
  • deaminering: Het verwijderen van een aminogroep uit een verbinding.

Metabole routes moeten worden beschouwd als poreus, dat wil zeggen, stoffen komen binnen via andere routes en tussenproducten vertrekken naar andere routes. Deze paden zijn geen gesloten systemen. Veel van de substraten, tussenproducten en producten in een bepaalde route zijn reactanten in andere routes. Eiwitten zijn een goed voorbeeld van dit fenomeen. Ze kunnen worden afgebroken tot hun samenstellende aminozuren en worden gebruikt bij verschillende stappen van de route van glucosekatabolisme.

Eiwitten worden gehydrolyseerd door een verscheidenheid aan enzymen in cellen. Meestal worden de aminozuren gerecycled in de synthese van nieuwe eiwitten of worden ze gebruikt als voorlopers bij de synthese van andere belangrijke biologische moleculen, zoals hormonen, nucleotiden of neurotransmitters. Als er echter een teveel aan aminozuren is, of als het lichaam in een staat van verhongering verkeert, zullen sommige aminozuren worden omgeleid naar de routes van glucosekatabolisme.

Verbinding van aminozuren met routes voor glucosemetabolisme: De koolstofskeletten van bepaalde aminozuren (aangegeven in kaders) zijn afgeleid van eiwitten en kunnen worden gebruikt in pyruvaat, acetyl CoA en de citroenzuurcyclus.

Van elk aminozuur moet zijn aminogroep worden verwijderd (deaminering) voordat de koolstofketen deze routes binnengaat. Wanneer de aminogroep uit een aminozuur wordt verwijderd, wordt deze via de ureumcyclus omgezet in ammoniak. De overige atomen van het aminozuur resulteren in een ketozuur: een koolstofketen met één keton en één carbonzuurgroep. Bij zoogdieren synthetiseert de lever ureum uit twee ammoniakmoleculen en een koolstofdioxidemolecuul. Ureum is dus het belangrijkste afvalproduct bij zoogdieren dat wordt geproduceerd uit de stikstof die afkomstig is van aminozuren die het lichaam in de urine verlaat. Het ketozuur kan dan in de citroenzuurcyclus terechtkomen.

Wanneer ze worden gedeamineerd, kunnen aminozuren de routes van het glucosemetabolisme binnendringen als pyruvaat, acetyl CoA of verschillende componenten van de citroenzuurcyclus. Gedeamineerde asparagine en aspartaat worden bijvoorbeeld omgezet in oxaalacetaat en gaan glucosekatabolisme in de citroenzuurcyclus in. Gedeamineerde aminozuren kunnen ook worden omgezet in een ander intermediair molecuul voordat ze de routes binnengaan. Verschillende aminozuren kunnen op meerdere locaties in glucosekatabolisme terechtkomen.


BIO 140 - Menselijke biologie I - Leerboek

/>
Tenzij anders vermeld, is dit werk gelicentieerd onder een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel 4.0 Internationaal-licentie.

Om deze pagina af te drukken:

Klik op het printerpictogram onderaan het scherm

Is uw afdruk niet compleet?

Zorg ervoor dat uw afdruk alle inhoud van de pagina bevat. Als dit niet het geval is, probeer dan deze handleiding in een andere browser te openen en van daaruit af te drukken (soms werkt Internet Explorer beter, soms Chrome, soms Firefox, enz.).

Hoofdstuk 20

Chemische spijsvertering en absorptie: een nadere blik

  • Identificeer de locaties en primaire secreties die betrokken zijn bij de chemische vertering van koolhydraten, eiwitten, lipiden en nucleïnezuren
  • Vergelijk en contrasteer de opname van de hydrofiele en hydrofobe voedingsstoffen

Zoals je hebt geleerd, is het proces van mechanische vertering relatief eenvoudig. Het omvat de fysieke afbraak van voedsel, maar verandert niets aan de chemische samenstelling ervan. Chemische vertering daarentegen is een complex proces dat voedsel reduceert tot zijn chemische bouwstenen, die vervolgens worden geabsorbeerd om de cellen van het lichaam te voeden (Figuur 1). In deze sectie ga je dieper in op de processen van chemische vertering en absorptie.

Afbeelding 1: De spijsvertering begint in de mond en gaat door terwijl het voedsel door de dunne darm reist. De meeste absorptie vindt plaats in de dunne darm.

Chemische spijsvertering

Grote voedselmoleculen (bijvoorbeeld eiwitten, lipiden, nucleïnezuren en zetmelen) moeten worden afgebroken tot subeenheden die klein genoeg zijn om te worden geabsorbeerd door de bekleding van het spijsverteringskanaal. Dit wordt bereikt door enzymen door middel van hydrolyse. De vele enzymen die betrokken zijn bij chemische vertering zijn samengevat in Tabel 1.

Tabel 1: De spijsverteringsenzymen

  • Aminopeptidase: aminozuren aan het amino-uiteinde van peptiden
  • Dipeptidase: dipeptiden
  • Aminopeptidase: aminozuren en peptiden
  • Dipeptidase: aminozuren
  • Ribonuclease: ribonucleïnezuren
  • Deoxyribonuclease: deoxyribonucleïnezuren
Koolhydraatvertering

Het gemiddelde Amerikaanse dieet bestaat voor ongeveer 50 procent uit koolhydraten, die kunnen worden ingedeeld op basis van het aantal monomeren dat ze bevatten van eenvoudige suikers (monosacchariden en disachariden) en/of complexe suikers (polysacchariden). Glucose, galactose en fructose zijn de drie monosachariden die gewoonlijk worden geconsumeerd en gemakkelijk worden geabsorbeerd. Je spijsverteringssysteem is ook in staat om de disaccharide sucrose (gewone tafelsuiker: glucose + fructose), lactose (melksuiker: glucose + galactose) en maltose (graansuiker: glucose + glucose), en de polysacchariden glycogeen en zetmeel ( ketens van monosachariden). Je lichaam produceert geen enzymen die de meeste vezelachtige polysachariden, zoals cellulose, kunnen afbreken. Hoewel onverteerbare polysachariden geen enkele voedingswaarde hebben, bieden ze wel voedingsvezels, die het voedsel door het spijsverteringskanaal helpen stuwen.

De chemische vertering van zetmeel begint in de mond en is hierboven besproken.

In de dunne darm doet pancreasamylase het "zware gewicht" voor de vertering van zetmeel en koolhydraten (Figuur 2). Nadat amylasen zetmeel in kleinere fragmenten hebben afgebroken, begint het brush border-enzym &alpha-dextrinase te werken aan &alpha-dextrine, waarbij het één glucose-eenheid per keer afbreekt. Drie brush border enzymen hydrolyseren sucrose, lactose en maltose tot monosachariden. Sucrase splitst sucrose in één molecuul fructose en één molecuul glucose maltase breekt maltose en maltotriose af in respectievelijk twee en drie glucosemoleculen en lactase breekt lactose af in één molecuul glucose en één molecuul galactose. Onvoldoende lactase kan leiden tot lactose-intolerantie.

Figuur 2: Koolhydraten worden in een reeks stappen afgebroken tot hun monomeren.

Eiwitvertering

Eiwitten zijn polymeren die zijn samengesteld uit aminozuren die zijn verbonden door peptidebindingen om lange ketens te vormen. Spijsvertering reduceert ze tot hun samenstellende aminozuren. Je consumeert meestal ongeveer 15 tot 20 procent van je totale calorie-inname als eiwit.

De vertering van eiwitten begint in de maag, waar HCl en pepsine eiwitten afbreken in kleinere polypeptiden, die vervolgens naar de dunne darm gaan (Figuur 3). De chemische vertering in de dunne darm wordt voortgezet door pancreasenzymen, waaronder chymotrypsine en trypsine, die elk inwerken op specifieke bindingen in aminozuursequenties. Tegelijkertijd scheiden de cellen van de brush border enzymen zoals aminopeptidase en dipeptidase af, die peptideketens verder afbreken. Dit resulteert in moleculen die klein genoeg zijn om in de bloedbaan te komen (Figuur 4).

Figuur 4: Eiwitten worden achtereenvolgens afgebroken tot hun aminozuurcomponenten.

Lipidenvertering

Een gezond dieet beperkt de inname van lipiden tot 35 procent van de totale calorie-inname. De meest voorkomende voedingslipiden zijn triglyceriden, die bestaan ​​uit een glycerolmolecuul gebonden aan drie vetzuurketens. Kleine hoeveelheden voedingscholesterol en fosfolipiden worden ook geconsumeerd.

De drie lipasen die verantwoordelijk zijn voor de vertering van lipiden zijn linguale lipase, maaglipase en pancreaslipase. Omdat de alvleesklier echter de enige daaruit voortvloeiende bron van lipase is, vindt vrijwel alle vertering van lipiden plaats in de dunne darm. Pancreaslipase breekt elk triglyceride af in twee vrije vetzuren en een monoglyceride. De vetzuren omvatten zowel vetzuren met een korte keten (minder dan 10 tot 12 koolstofatomen) als vetzuren met een lange keten.

Nucleïnezuurvertering

De nucleïnezuren DNA en RNA komen voor in de meeste voedingsmiddelen die je eet. Twee soorten pancreasnuclease zijn verantwoordelijk voor hun vertering: deoxyribonuclease, dat DNA verteert, en ribonuclease, dat RNA verteert. De nucleotiden die door deze vertering worden geproduceerd, worden verder afgebroken door twee intestinale brush border-enzymen (nucleosidase en fosfatase) in pentosen, fosfaten en stikstofbasen, die kunnen worden geabsorbeerd door de wand van het spijsverteringskanaal. De grote voedselmoleculen die in subeenheden moeten worden afgebroken, zijn samengevat in tabel 2.

Tabel 2: Absorbeerbare voedselstoffen

Bron Substantie
Koolhydraten Monosachariden: glucose, galactose en fructose
Eiwitten Enkele aminozuren, dipeptiden en tripeptiden
triglyceriden Monoacylglyceriden, glycerol en vrije vetzuren
Nucleïnezuren Pentosesuikers, fosfaten en stikstofbasen

Absorptie

De mechanische en spijsverteringsprocessen hebben één doel: voedsel omzetten in moleculen die klein genoeg zijn om te worden opgenomen door de epitheelcellen van de darmvlokken. Het absorptievermogen van het spijsverteringskanaal is bijna eindeloos. Elke dag verwerkt het spijsverteringskanaal tot 10 liter voedsel, vloeistoffen en GI-afscheidingen, maar minder dan één liter komt in de dikke darm. Bijna al het ingenomen voedsel, 80 procent van de elektrolyten en 90 procent van het water wordt opgenomen in de dunne darm. Hoewel de hele dunne darm betrokken is bij de opname van water en lipiden, vindt de meeste opname van koolhydraten en eiwitten plaats in het jejunum. Met name galzouten en vitamine B12 worden geabsorbeerd in het terminale ileum. Tegen de tijd dat de chymus van het ileum naar de dikke darm gaat, is het in wezen onverteerbare voedselresten (voornamelijk plantaardige vezels zoals cellulose), wat water en miljoenen bacteriën (Figuur 5).

Figuur 5: Absorptie is een complex proces, waarbij voedingsstoffen uit verteerd voedsel worden geoogst.

Absorptie kan plaatsvinden via vijf mechanismen: (1) actief transport, (2) passieve diffusie, (3) gefaciliteerde diffusie, (4) co-transport (of secundair actief transport) en (5) endocytose. Zoals u zich uit hoofdstuk 3 zult herinneren, verwijst actief transport naar de beweging van een stof door een celmembraan van een gebied met een lagere concentratie naar een gebied met een hogere concentratie (op de concentratiegradiënt). Bij dit soort transport fungeren eiwitten in het celmembraan als "pompen", waarbij cellulaire energie (ATP) wordt gebruikt om de stof te verplaatsen. Passieve diffusie verwijst naar de verplaatsing van stoffen van een gebied met een hogere concentratie naar een gebied met een lagere concentratie, terwijl gefaciliteerde diffusie verwijst naar de verplaatsing van stoffen van een gebied met een hogere concentratie naar een gebied met een lagere concentratie met behulp van een dragereiwit in het celmembraan. Co-transport gebruikt de beweging van het ene molecuul door het membraan van een hogere naar een lagere concentratie om de beweging van een ander van lager naar hoger te stimuleren. Ten slotte is endocytose een transportproces waarbij het celmembraan materiaal opslokt. Het vereist energie, meestal in de vorm van ATP.

Omdat het plasmamembraan van de cel bestaat uit hydrofobe fosfolipiden, moeten in water oplosbare voedingsstoffen transportmoleculen gebruiken die in het membraan zijn ingebed om cellen binnen te komen. Bovendien kunnen stoffen niet tussen de epitheelcellen van het darmslijmvlies passeren omdat deze cellen aan elkaar zijn gebonden door tight junctions. Stoffen kunnen dus alleen bloedcapillairen binnendringen door door de apicale oppervlakken van epitheelcellen en in de interstitiële vloeistof te gaan. In water oplosbare voedingsstoffen komen het capillaire bloed in de villi binnen en reizen via de hepatische poortader naar de lever.

In contrast to the water-soluble nutrients, lipid-soluble nutrients can diffuse through the plasma membrane. Once inside the cell, they are packaged for transport via the base of the cell and then enter the lacteals of the villi to be transported by lymphatic vessels to the systemic circulation via the thoracic duct. The absorption of most nutrients through the mucosa of the intestinal villi requires active transport fueled by ATP. The routes of absorption for each food category are summarized in Table 3.

Table 3: Absorption in the Alimentary Canal

Voedsel Breakdown products Absorption mechanism Entry to bloodstream Destination
Koolhydraten Glucose Co-transport with sodium ions Capillary blood in villi Liver via hepatic portal vein
Koolhydraten Galactose Co-transport with sodium ions Capillary blood in villi Liver via hepatic portal vein
Koolhydraten fructose Gefaciliteerde diffusie Capillary blood in villi Liver via hepatic portal vein
Eiwit Aminozuren Co-transport with sodium ions Capillary blood in villi Liver via hepatic portal vein
Lipiden Long-chain fatty acids Diffusion into intestinal cells, where they are combined with proteins to create chylomicrons Lacteals of villi Systemic circulation via lymph entering thoracic duct
Lipiden Monoacylglycerides Diffusion into intestinal cells, where they are combined with proteins to create chylomicrons Lacteals of villi Systemic circulation via lymph entering thoracic duct
Lipiden Short-chain fatty acids Eenvoudige diffusie Capillary blood in villi Liver via hepatic portal vein
Lipiden Glycerol Eenvoudige diffusie Capillary blood in villi Liver via hepatic portal vein
Nucleic Acids Nucleic acid digestion products Active transport via membrane carriers Capillary blood in villi Liver via hepatic portal vein

Carbohydrate Absorption

All carbohydrates are absorbed in the form of monosaccharides. The small intestine is highly efficient at this, absorbing monosaccharides at an estimated rate of 120 grams per hour. All normally digested dietary carbohydrates are absorbed indigestible fibers are eliminated in the feces. The monosaccharides glucose and galactose are transported into the epithelial cells by common protein carriers via secondary active transport (that is, co-transport with sodium ions). The monosaccharides leave these cells via facilitated diffusion and enter the capillaries through intercellular clefts. The monosaccharide fructose (which is in fruit) is absorbed and transported by facilitated diffusion alone. The monosaccharides combine with the transport proteins immediately after the disaccharides are broken down.

Protein Absorption

Active transport mechanisms, primarily in the duodenum and jejunum, absorb most proteins as their breakdown products, amino acids. Almost all (95 to 98 percent) protein is digested and absorbed in the small intestine. The type of carrier that transports an amino acid varies. Most carriers are linked to the active transport of sodium. Short chains of two amino acids (dipeptides) or three amino acids (tripeptides) are also transported actively. However, after they enter the absorptive epithelial cells, they are broken down into their amino acids before leaving the cell and entering the capillary blood via diffusion.

Lipid Absorption

About 95 percent of lipids are absorbed in the small intestine. Bile salts not only speed up lipid digestion, they are also essential to the absorption of the end products of lipid digestion. Short-chain fatty acids are relatively water soluble and can enter the absorptive cells (enterocytes) directly. The small size of short-chain fatty acids enables them to be absorbed by enterocytes via simple diffusion, and then take the same path as monosaccharides and amino acids into the blood capillary of a villus.

The large and hydrophobic long-chain fatty acids and monoacylglycerides are not so easily suspended in the watery intestinal chyme. However, bile salts and lecithin resolve this issue by enclosing them in a micelle , which is a tiny sphere with polar (hydrophilic) ends facing the watery environment and hydrophobic tails turned to the interior, creating a receptive environment for the long-chain fatty acids. The core also includes cholesterol and fat-soluble vitamins. Without micelles, lipids would sit on the surface of chyme and never come in contact with the absorptive surfaces of the epithelial cells. Micelles can easily squeeze between microvilli and get very near the luminal cell surface. At this point, lipid substances exit the micelle and are absorbed via simple diffusion.

The free fatty acids and monoacylglycerides that enter the epithelial cells are reincorporated into triglycerides. The triglycerides are mixed with phospholipids and cholesterol, and surrounded with a protein coat. This new complex, called a chylomicron , is a water-soluble lipoprotein. After being processed by the Golgi apparatus, chylomicrons are released from the cell (Figure 6). Too big to pass through the basement membranes of blood capillaries, chylomicrons instead enter the large pores of lacteals. The lacteals come together to form the lymphatic vessels. The chylomicrons are transported in the lymphatic vessels and empty through the thoracic duct into the subclavian vein of the circulatory system. Once in the bloodstream, the enzyme lipoprotein lipase breaks down the triglycerides of the chylomicrons into free fatty acids and glycerol. These breakdown products then pass through capillary walls to be used for energy by cells or stored in adipose tissue as fat. Liver cells combine the remaining chylomicron remnants with proteins, forming lipoproteins that transport cholesterol in the blood.

Figure 6: Unlike amino acids and simple sugars, lipids are transformed as they are absorbed through epithelial cells.

Nucleic Acid Absorption

The products of nucleic acid digestion&mdashpentose sugars, nitrogenous bases, and phosphate ions&mdashare transported by carriers across the villus epithelium via active transport. These products then enter the bloodstream.

Mineral Absorption

The electrolytes absorbed by the small intestine are from both GI secretions and ingested foods. Since electrolytes dissociate into ions in water, most are absorbed via active transport throughout the entire small intestine. During absorption, co-transport mechanisms result in the accumulation of sodium ions inside the cells, whereas anti-port mechanisms reduce the potassium ion concentration inside the cells. To restore the sodium-potassium gradient across the cell membrane, a sodium-potassium pump requiring ATP pumps sodium out and potassium in.

In general, all minerals that enter the intestine are absorbed, whether you need them or not. Iron and calcium are exceptions they are absorbed in the duodenum in amounts that meet the body&rsquos current requirements, as follows:

Ijzer&mdashThe ionic iron needed for the production of hemoglobin is absorbed into mucosal cells via active transport. Once inside mucosal cells, ionic iron binds to the protein ferritin, creating iron-ferritin complexes that store iron until needed. When the body has enough iron, most of the stored iron is lost when worn-out epithelial cells slough off. When the body needs iron because, for example, it is lost during acute or chronic bleeding, there is increased uptake of iron from the intestine and accelerated release of iron into the bloodstream. Since women experience significant iron loss during menstruation, they have around four times as many iron transport proteins in their intestinal epithelial cells as do men.

Calcium&mdashBlood levels of ionic calcium determine the absorption of dietary calcium. When blood levels of ionic calcium drop, parathyroid hormone (PTH) secreted by the parathyroid glands stimulates the release of calcium ions from bone matrices and increases the reabsorption of calcium by the kidneys. PTH also upregulates the activation of vitamin D in the kidney, which then facilitates intestinal calcium ion absorption.

Vitamin Absorption

The small intestine absorbs the vitamins that occur naturally in food and supplements. Fat-soluble vitamins (A, D, E, and K) are absorbed along with dietary lipids in micelles via simple diffusion. This is why you are advised to eat some fatty foods when you take fat-soluble vitamin supplements. Most water-soluble vitamins (including most B vitamins and vitamin C) also are absorbed by simple diffusion. An exception is vitamin B12, which is a very large molecule. Intrinsic factor secreted in the stomach binds to vitamin B12, preventing its digestion and creating a complex that binds to mucosal receptors in the terminal ileum, where it is taken up by endocytosis.

Water Absorption

Each day, about nine liters of fluid enter the small intestine. About 2.3 liters are ingested in foods and beverages, and the rest is from GI secretions. About 90 percent of this water is absorbed in the small intestine. Water absorption is driven by the concentration gradient of the water: The concentration of water is higher in chyme than it is in epithelial cells. Thus, water moves down its concentration gradient from the chyme into cells. As noted earlier, much of the remaining water is then absorbed in the colon.

Hoofdstukoverzicht

The small intestine is the site of most chemical digestion and almost all absorption. Chemical digestion breaks large food molecules down into their chemical building blocks, which can then be absorbed through the intestinal wall and into the general circulation. Intestinal brush border enzymes and pancreatic enzymes are responsible for the majority of chemical digestion. The breakdown of fat also requires bile.

Most nutrients are absorbed by transport mechanisms at the apical surface of enterocytes. Exceptions include lipids, fat-soluble vitamins, and most water-soluble vitamins. With the help of bile salts and lecithin, the dietary fats are emulsified to form micelles, which can carry the fat particles to the surface of the enterocytes. There, the micelles release their fats to diffuse across the cell membrane. The fats are then reassembled into triglycerides and mixed with other lipids and proteins into chylomicrons that can pass into lacteals. Other absorbed monomers travel from blood capillaries in the villus to the hepatic portal vein and then to the liver.


Bekijk de video: WAT IS ER GEBEURD MET APRIL TINSLEY (Januari- 2022).