Degradace uhlíkatých skeletů aminokyselin

Do lidských bílkovin se zabudovává kolem dvaceti aminokyselin (včetně selenocysteinu a pyrrolysinu jich je 22). Aminokyseliny, které se z jakéhokoli důvodu nevyužijí v metabolismu např. poté, co byly uvolněné z bílkovin, se nevyloučí v celku, ale katabolizují se na menší štěpy. Na počátku degradace se zpravidla odštěpí aminoskupina. Pak se odbourává zbývající uhlíkatý skelet. Dráhy, kterými se tak děje, jsou různě složité. Na tomto místě ukážeme společné mechanismy a uvedeme několik příkladů.

Odbourávání uhlíkatého skeletu všech aminokyselin končí některou z těchto sedmi látek:

1. pyruvát,
2. acetyl-CoA,
3. acetoacetyl-CoA,
4. α-ketoglutarát,
5. sukcinyl-CoA,
6. fumarát,
7. oxalacetát.

Tyto produkty pak vstupují do energetického metabolismu. Mohou být buď dále oxidovány na oxid uhličitý a vodu v Krebsově cyklu, nebo se mohou přeměnit na jiná paliva. Z některých může vzniknout glukóza, z jiných jen ketolátky a mastné kyseliny. Podle toho rozlišujeme tzv. glukogenní a ketogenní aminokyseliny.

Mezi ketogenní aminokyseliny patří ty, které vedou k tvorbě acetyl-CoA a acetoacetyl-CoA – leucin a lysin (začínají na písmeno L).
Mezi glukogenní aminokyseiny řadíme ty, jež vedou k tvorbě zbylých pěti produktů – pyruvátu, α-ketoglutarátu, suc-CoA, fumarátu či oxalacetátu – serin, cystein, methionin, aspartát, glutamát, asparagin, glutamin, glycin, alanin, valin, prolin, histidin a arginin.

Existují i aminokyseliny se dvěma degradačními produkty – jeden z nich je glukogenní a druhý ketogenní. Nazýváme je keto- i glukogenní aminokyseliny – patří mezi ně isoleucin, fenylalanin, threonin, tyrosin a tryptofan.

Následující přehled zachycuje, jaké aminokyseliny se degradují na jaké produkty:

Katabolismus základních aminokyselin

1) Acetyl-CoA a acetoacetyl-CoA

čistě ketogenní jsou Lys a Leu, několik dalších aminokyselin poskytuje degradační produkty glukogenní i ketogenní – Phe, Tyr, Trp, Ile;

2) α-ketoglutarát

pětiuhlíkaté aminokyseliny – Glu, Gln, Pro, Arg a His;

3) Suc-CoA

nepolární aminokyseliny – Met, Ile a Val;

4) Fumarát

Phe, Tyr;

5) Oxalacetát

čtyřuhlíkaté aminokyseliny – Asp a Asn;

6) Pyruvát

Cys, Ala, Ser, Gly, Thr, Trp.

Degradace větvených aminokyselin – Val, Leu a Ile

Pro tyto aminokyseliny je příznačné, že jsou degradovány nikoli v jaterních buňkách, ale převážně v extrahepatálních tkáních – vysoká aktivita zejména ve svalových buňkách. Ty obsahují specifickou transaminázu produkující příslušné α-ketokyseliny – tzv. ketoanaloga větvených aminokyselin. Tato transamináza absentuje v jaterních buňkách. Ketoanaloga se přeměňují na deriváty acyl-CoA působením dehydrogenačního komplexu, který katalyzuje oxidativní dekarboxylaci a dehydrogenaci.

Genetický defekt tohoto dehydrogenačního komplexu vyvolává onemocnění nazývané maple syrup urine disease neboli nemoc javorového sirupu. Při tomto relativně vzácném onemocnění dochází k hromadění příslušných α-ketokyselin v tkáních a tělesných tekutinách (podmiňují charakteristický zápach moči po javorovém sirupu – páleném cukru). Defekt vyvolává abnormální vývoj mozku, mentální retardaci a může vyústit až v úmrtí jedince.