متابولیسم چربی ها :
آلفا اکسیداسیون ، بتا اکسیداسیون ، اَمگا اکسیداسیون . البته اکسیداسیون غیر آنزیمی چربی ها هم رخ می دهد ( در نتیجه ی حرارت زیاد یا نگهداری مواد غذایی در شرایط غیر استاندارد )که تولید بوی نامطبوع و ... را خواهیم داشت .
بتا اکسیداسیون : این متابولیسم در تمام ارگان ها رخ می دهد. بتا اکسیداسیون از روی کربنی به نام بتا آغاز می شود . در این نوع اکسیداسیون اسید چرب وارد زنجیره ی بتا اکسیداسیون شده و طی این زنجیره 2 مولکول کربن در هر دور از اسید چرب جدا می شود و به صورت استیل کو آنزیم A آزاد می شود . استیل کو آنزیم A می تواند وارد کربن شود و نهایتاً مورد متابولیسم قرار گرفته تولید ATP کند . بتا اکسیداسیون در میتو کندری رخ می دهد ؟
در هر مسیر اکسیداسیون 5 ATP تولید می شود و استیل کو آنزیم A هم که 12 تا ATP تولید می کند آخرین کربنی که آزاد می شود 5 تا ATP را تولید نمی کند چون دوباره داخل بتا اکسیداسیون نمی رود .
بتا اکسیداسیون در 4 مرحله صورت می گیرد :
1- دهیدروژناسیون : 2 مولکول هیدروژن از اسید چرب برداشته شده و تولید یک باند دوگانه را داریم . کو آنزیم FAD در این جا نقش دارد . آنزیم این مرحله Fatty Acyle Dehydrogenase است .
2- هیدروژناسیون : یک مولکول آب اضافه می شود پیوند دو گانه اشباع می شود و آنزیمی که در این مرحله نقش دارد دهیدرو اسیل کو آنزیم A دهیدروژناز است . مولکولی که در مرحله ی قبل تولید شد یک دهیدرو اسیل کو آنزیم A نام دارد . ماده ای که در این مرحله بوجود می آید بتا هیدروکسی اسیل کو آنزیم A است
3- دهیدروژناسیون: بتا هیدروکسی اسیل کو آنزیم A ماده ای ناپایدار است و سریعاً 2 مولکول ؟؟ هیدروژن از دست داده و تبدیل به مولکولی به نام بتا ستو اسیل کو آنزیم A می شود آنزیم این مرحله بتا هیدروکسی اسیل کو آنزیم A دهیدروژناز است
4- تیولیزاسیون: بتا ستو اسیل کو آنزیم A بوجود آمده سریعاً می شکند و یک مولکول استیل کو آنزیم A جدا می شود . یک کو آنزیم A وارد واکنش شده و نهایتاً استیل کو آنزیم A آزاد شده وارد کربس شده و مولکول CO2 و 12 ATP تولید می کند
بنا بر این : یک اسید چرب حاوی n اتم کربن ، n/2 ATP تولید می کند .
17 (n-1) +12 n= number of carbon تعداد ATP تولیدی
آلفا اکسیداسیون :
نوعی از اکسیداسیون اسید های چرب است که بر روی کربن آلفا انجام می گیرد . کربن آلفا اولین کربن بعد از عامل کربوکسیلی است . این اکسیداسیون بسیار محدود است و اهمیت متابولیکی آن برای سلول ناشناخته است و در حقیقت یک مولکول کربن از روی کربن آلفا بر داشته شده و به صورت CO2 خارج می شود . این نوع اکسیداسیون ها ، در اسید های چرب با زنجیره ی فرد (ODD NUM) انجام می شود ( زوج زنجیر = ewe num) در برخی از اسید های چرب که در مغز تولید شده و حاوی عامل آلفا هیدروکسیلی هستند ، صورت می گیرد . این اکسیداسیون همراه با بتا اکسیداسیون است . ترکیباتی که نمی توانند از طریق بتا اکسیداسیون اکسیده شوند از این طریق اکسیده می شوند . اهمیت آلفا اکسیداسیون در گیاهان مشخص است اما در سلول های جانوری نه . در سلول های گیاهی ، زمانی که بذر شروع به جوانه زدن می کند به دلیل نیاز به انرژی زیاد صورت می گیرد . این نوع اکسیداسیون علاوه بر تجزیه ی اسید های چرب نقش خاصی در تولید برخی از ترکیبات خاص که مورد نیاز گیاه هستند نیز انجام می شود مثل اسید های چرب بلند زنجیر با عامل الکلی و هیدرو کوتیل ها که در تشکیل کوتین ها نقش دارند .
امگا اکسیداسیون :
در برخی از آنزیم ها صورت می گیرد . غالباً به سیتو کروم های خاصی نیاز دارند . همان طور که اشاره شد برخی از سیتو کروم ها نقش عمده ای در انتقال هیدروژن به زنجیره ی تنفسی دارند . این سیتو کروم ها که حاوی هم هستند طی واکنش های مداوم و پی در پی می توانند هیدروژن را انتقال داده و آن را به اکسیژن رسانده ، تولید آب کند و انرژی آزاد کند مثل سیتو کروم a , b , c
ترتیب آن در زنجیره ی تنفسی بر مبنای پتانسیل الکترون پذیری آن هاست . در حالی که سیتو کروم های دیگری وجود دارند که نقش شان انتقال هیدروژن است اما در زنجیره ی تنفسی شرکت نمی کنند بلکه درون سیتو پلاسم و در شبکه رتیکلوم آندو پلاسمی قرار دارند . نقش شان بیشتر در سم زدایی است . مثل از بین بردن نیتریل حاصل از مصرف نیترات ( مثل سیتو کروم b5 و b450) مثل آفلاتوکسین در گیاهان که توسط آسپرژیلوس تولید می شود . Detoxification = سم زدایی
در ارتباط با اکسیداسیون اسید های چرب با باند دو گانه ، بسته به محل باند دوگانه واکنش ها ، همانند بتا اکسیداسیون پیش خواهد رفت زمانی که بتا اکسیداسیون به اولین باند دوگانه بر خورد کند . آن گاه در طی مسیر اکسیداسیون اسید های چرب با باند دوگانه 2 آنزیم بیشتر مورد نیاز است ( ایزو مراز و اپی مراز )
پر اکسیده شدن اسید های چرب :
اگر مواد حاوی چربی به خوبی نگهداری نشوند ، دچار تغییراتی می شوند که تولید بوی نامطبوع می کنند این نوع اکسیداسیون اسید های چرب را غیر آنزیمی می گویند و عوامل مختلفی در آن نقش دارند : عوامل شیمیایی ، فیزیکی ، بیو لوژیکی ç این اکسیداسیون نهایتاً باعث تغییر رنگ ، طعم و بوی چربی می شود .
اسید های چرب غیر اشباع سریع تر اکسیده شده و از بین می روند .
انتقال دهنده های چربی : LDL , HDL ,VLDL
انتقال اسید های چرب توسط پروتئین های خاصی صورت می گیرد ( آپو لیپو پروتئین ) در ساختار ترکیباتی مثل Chylomicron وجود دارد . لیپاز های کبدی R1 و R3 را در ساختمان تری گلیسیرید ها بر می دارد و لیپاز های روده R2 را بر می دارد . آنزیم های لیپاز ک پانکراس و روده ای
LPL = lipo protein lipase, FABB=Fatty acid Binding protein, ACS= Acetyl COA Synthetase
میسل : املاح صفراوی + اسید چرب + کلسترول + گلیسرول + ویتامین های محلول در چربی ( داخل جداره ی روده بدرون سلول منتقل می شوند )
املاح صفراوی در ٣/1 روده ی باریک جذب می شوند ( هپاتیک رسیکلیشن ) = سیکل باز جذب صفرا و به کار گیری آن در سلول دوباره با هم ترکیب شده و تولید ترکیباتی به نام شیلو میکرون می کنند که حاوی پروتئین خاصی به نام آپو پروتئین هستند و نقش در انتقال چربی دارند . آپو پروتئین C و A و ... تا 400 تا آپو پروتئین شناخته شده
کتون بادی ها : وقتی فرد گرسنه است یا احتیاج به انرژی دارد ، گلوکز نمی تواند احتیاجات بدن را تامین کند یا سیکل کربس توانایی تامین ATP مورد نیاز سلولی را ندارد . بافت مجبور می شود اسید های چرب را از طریق بتا اکسیداسیون بشکند و تولید استیل کو آنزیم A کند . اگر به هر دلیلی استیل کو آنزیم A نتواند وارد چرخه ی کربس شود مثلاً به دلیل کمبود OAA وارد چرخه ی کتون بادی می شود . البته مغز یکی از مصرف کننده های کتون بادی هاست . زمانی که انرژی بدن کم باشد سلول از مسیر های دیگر انرژی را تامین می کند تا گلوکز آزاد مانده و به سلول های مغز ، جنین و پستان که فقط به گلوکز وابسته اند ، برسد . بتا هیدروکسی بوتیرات عامل کتوژنیک و کتون زا است .
بیو سنتز اسید های چرب :
عکس بتا اکسیداسیون نیست و با اتصال استیل کو آنزیم A و مالونین کو آنزیم A آغاز می شود . کمپلکس آنزیمی که در بیو سنتز اسید های چرب نقش دارد متشکل از 7 آنزیم است :
Condensing enzyme – molonyle / Acetyl ACP Transferase – Dehydrogenase
Enol Reductase – B Keto Acyle Reductase – ACP Thio esterase –
Molonyl/Acetyl ACP Transferase
پایه ی بیو سنتز اسید های چرب ، استیل کو آنزیم A است .
تفاوت بین بیو سنتز اسید های چرب و بتا اکسیداسیون :
1- بتا اکسیداسیون در میتو کندری رخ می دهد اما بیو سنتز اسید های چرب در سیتو پلاسم است ( رتیکول آندو پلاسمیک )
2- در بتا اکسیداسیون انتقال دهنده اسید های چرب ، کارنیتین است اما در این جا ترکیبی به نام
Acyle Carrier protein است که بخشی از آنزیم Fatty Acyle Synthetase complex است.
در واقع آپو آنزیم آن است .
٣- در بیو سنتز چربی ها یک مولتی آنزیم نقش دارد اما در بتا اکسیداسیون آنزیم نقش دارد .
4- در بتا اکسیداسیون تولید انرژی داشتیم که 5 تا ATP در اکسیداسیون و 12 تا در کربس تولید میشد و در بیو سنتز اسید چرب NADPH مصرف می شود که نقش در تولید انرژی ندارد .
آنزیم بیو سنتتاز کمپلکس 2 بخش دارد :
1- حاوی اسید آمینه سیستئین
2- PHP (فسفوپنتننت) دارای SH و گروه ارتباطی اند.
اصلی ترین منبع بیوسنتز چربی Acetyle CoA است که در میتو کندری ( غشای خارجی) تولید شده و نمی تواند وارد سیتو پلاسم شود .
مهمترین آنزیمی که در بیو سنتز چربی نقش دارد استیل کو آنزیم A کربوکسیلاز است که وظیفه ی آن انتقال یک CO2 به استیل کو آنزیم A است .
کو آنزیم آن بیوتین است که تحت شرایط مختلفی می تواند فعال یا غیر فعال شود و آنزیم کلیدی برای بیو سنتز چربی
ساختمان Chylomicron آپو لیپو پروتئین ، کلسترول آزاد و ...
بیو سنتز پروتئین : پروتئین ها عناصر غیر پایدار در سلول جاندار زنده محسوب می شوند چون مثل چربی ها و کربو هیدرات ها ذخیره نمی شوند و اگر مورد متابولیسم قرار نگیرند باید سریعاً تجزیه شده و از بین بروند. به طور مداوم سنتز و تجزیه می شوند که به این سیستم Turn over می گویند . به اسید های آمینه و پپتید های کوچک مولکول تبدیل می شوند . اسید های آمینه و پپتید ها ی کوچک مولکول چنانچه نتوانند مورد بیو سنتز قرار بگیرند به اجزاء کوچکتر تجزیه و سپس دفع می شوند .
مراحل هضم :
فاز اول : در معده مواد پروتئین تحت تاثیر اسید کلرید ریک دناتوره می شوند ( باند ها باز می شوند )
پرو آنزیم ها به آنزیم تبدیل می شوند ( پرو آنزیم مثل پپسینوژن که یک زیموژن است = آنزیم غیر فعال و تحت تاثیر آنزیم های معده به آنزیم فعال تبدیل می شوند )
فاز دوم : پروتئاز های روده ی باریک و پانکراس : آنزیم تریپسین ، کیمو تریپسین که زیموژن هستند و آزاد می شوند و هر کدام در بخش خاصی در زنجیره ی پروتئینی عمل می کنند – کربوکسی پپتیداز و الاستاز ç در این مرحله اسید آمینه آزاد و الیگو پپتید ها بوجود می آیند (8-2 اسید آمینه)
فاز سوم ک سلول های حاشیه ای (Brush border) اندو پپتیداز و آمینو پپتیداز آزاد می کنند و پروتئین ها را به صورت اسید آمینه ی آزاد و دی پپتید در می آورند .
فاز چهارم : جذب – ترانسپورت سیستم – پمپ سدیم و ...
فاز پنجم : شکسته شدن دی و تری پپتید درون سلول های اپیتلیال پوششی ( داخل سیتوپلاسم شان ) و اسید های آمینه آزاد می شود و نهایتاً انتقال اسید های آمینه به جریان خون .
کولی سیستی کینین و سکرتین باعث تحریک صفرا و پانکراس برای ترشح بی کربنات ç خنثی سازی خاصیت اسیدی شیر .
گیاهان در مقایسه ی حیوان رشد کمی دارند اما رشد شان مداوم است و بر اساس ازتی که از زمین یا اتمسفر می گیرند است . معمولاً گیاهان مشکلی با مازاد نیتروژن در پیکر خود ندارند در حالی که موجودات زنده با این مشکل در کشمکش اند . شکسته شدن اسید های آمینه در گیاهان معمولاً در دانه ها رخ می دهد و در نتیجه تجزیه یا متابولیسم اسید های آمینه در دانه ها ، اسید های آمینه ی دیگری که مورد نیاز گیاهان هستند سنتز می شوند . در سلول های حیوانی اولین مرحله در تجزیه ی پروتئین ها آنزیم هایی شرکت می کنند که باعث هیدرولیز اسید های آمینه می شوند . در تمامی ارگانیسم ها پروتئین ها به صورت مداوم تجزیه و سنتز می شوند . اما Turn over آن ها یکسان نیست مثلاً سلول های عضلانی بافت حاوی مواد پروتئینی دارای Turn over نسبتاً کمتری هستند . به عبارت دیگر پروتئین هایی که در ساختارشان اسید های آمینه ی تریونین ، گلوتامین و پرولین و سرین باشد ، نیمه عمر کوتاه تری نسبت به سایر پروتئین ها دارند ç زود تر تجزیه می شوند .
وجود برخی از اسید ها ی آمینه خاص در انتهای زنجیره ی پپتیدی باعث می شود که آن پروتئین سریع تر تجزیه شود در گیاهان پروتئین های خاصی وجود دارند به نام Heat shock protein . زمانی که استرس به گیاه وارد می شود این پروتئین ها فعال شده و مانع از تجزیه ی پروتئین های گیاهی خواهند شد . در انسان با وزن 70 کیلو 400 گرم اسید آمینه در هر روز آزاد می شود و 20% از آن اکسیده شده یا جهت سنتز ترکیبات قندی مورد استفاده قرار می گیرند
واکنش های مهمی که بر روی اسید های آمینه صورت می گیرد :
ترانس آمیناسیون – دی آمیناسیون – دی کربوکسیلاسیون – آمیناسیون
یکی از راه های سنتز اسید های آمینه ی غیر ضروری Transamination است – که یک عامل آمینی از روی اسید آمینه برداشته شده و بر روی اسکلت کربنی اسید آمینه منتقل شده و تولید اسید آمینه ی جدید می کند.
اولین اسید آمینه ای که در شکمبه تولید می شود آسپارتات و والین هستند. این واکنش ها دو طرفه اند و تحت تاثیر تیامین پیرو فسفات کاتالیز می شوند . TPP که کوفاکتور است
در Di amination oxidative ، تولید آمونیاک را داریم که آزاد شده و وارد سیکل سنتز اوره شده و از بدن دفع می شود . در این نوع واکنش ها ، عامل آمینی چون مستقیماً به آمونیاک تبدیل می شود به آن oxidative گفته می شود .شکل 42
اسکلت کربنی به نام آلفا کتو اسید بوجود آمده می تواند وارد مسیر های متابولیکی مختلفی شده و تولید مواد مختلف بیو لوژیکی کند مثلاً در پیرووات یا در گلوکونئوژنسیس
در گیاهان کتو اسید ها معمولاً برای بیو سنتز اسید های آمینه جدید مورد استفاده قرار می گیرند . اسید های آمینه ای که به پیرووات تبدیل شوند به عنوان اسید های آمینه ی گلوکوژنیک اند :
سرین – تریپتوفان – آلانین – سیستین – ترئونین
برخی اسید های آمینه به استیل کو آنزیم A تبدیل می شوند که اگر نتواند به OAA تبدیل شود به استو استیل کو آنزیم A تبدیل می شوند که به آن ها کتوژنیک می گویند .
فنیل آلانین – تیروزین – لوسین – ایزو لوسین – لایزین – تریپتوفان – ترئونین
اسید های آمینه ی مشترک کتوژنیک – گلوکوژنیک نیز داریم :
لوسین – ایزو لوسین – فنیل آلانین – تیروزین – لایزین
آمونیاک تولید شده بسیار سمی است و در نتیجه ی پروسه ی دی آمیناسیون اکسیداتیو تولید می شود نه ترانس آمیناسیون
آمونیاک حاصله جریان خون سیکل اوره اوره دفع
دفع اوره مستلزم مصرف آب است – البته در حیوانات دریایی ، آمونیاک مستقیماً توسط آب بدن به بیرون دفع می شود . همین طور در پروتوزوئا . در پرندگان سیکل اوره وجود ندارد و اصولاً ازت مازاد به صورت اسید اوریک که جامد است دفع خواهد شد .
اسید اوریک از طریق سیکلی که پورین ها سنتز می شوند ، بیو سنتز شده و به صورت کریستالی دفع خواهد شد
NPN: non protein nitrogen = اوره
اوره دارای دو عامل آمونیاکی است . آلفا کتو گلوتارات به عنوان پیش سازی برای سایر اسید های آمینه است . ترانس آمیناسیون و آمیناسیون همیشه توام صورت می گیرد . اسید آمینه ی اول عامل آمینی را از دست می دهد و دیگری عامل آمینی را می گیرد . در دی آمیناسیون اکسیداتیو عامل آمینی برداشته می شود اما بر روی اسید آمینه ی دیگری منتقل نمی شود . عامل آمینی وارد سیکل اوره شده و دفع می شوند .
سیکل اوره :
عامل آمینی حاصل از دی آمیناسیون اسید های آمینه وارد کبد شده و در آن جا 2 مولکول آمونیاک که وارد کبد شده اند ، تشکیل اوره می دهند با فرمول
پیرودوکسال فسفات عامل مهمی در انتقال آمین است و تولید پیریدوکسامین می کند .
یکی از آمونیاک ها ناشی از Diamination اسید های آمینه است . مسیر تشکیل اوره در دو بخش مختلف سلول رخ می دهد در ابتدا آمونیاک وارد میتو کندری شده با آب و 2 مولکول ATP تولید کربومیل فسفات می کند . این ترکیب داخل میتو کندری است و خارج از آن نمی شود . ارنیتین می تواند وارد میتو کندری شود و با کربومیل فسفات باند شده و سیترولین را بوجود می آورد . سیترولین از میتو کندری خارج می شود و در آن جا با باند شدن یک اسید آمینه آسپارتات تولید ماده ای به نام آرژینو سوکسینات می کند آرژینو سوکسینات طی واکنش هایی تبدیل به آرژنین شده و آن هم به دو مولکول ارنیتین تبدیل می شود .
2 تا فسفر در این جا مصرف می شود : 1- تامین انرژی 2- فسفریله کردن کربومیل فسفات بوجود آمده
برای تشکیل اوره ٣ تا ATP مصرف می شود .
دیورت : اسید اوریک نیترات نیتریت : مولکول غلیظ شده اوره که به تدریج ازت اش آزاد می شود
اسید اوریک درآب حل نمی شود به آب برای دفع آن نیازی نیست
بایوژن :
وقتی در دی کربوکسیلاسیون COOH اسید آمینه برداشته می شود