[SCRÂȘIT] [FOSȘIT] [CLIC] PROFESORUL: Bine, bună dimineața. Așa că astăzi, vom începe discuția despre metabolismul azotului, care va continua cu adevărat în ultimele trei prelegeri din clasă. Acum, azotul, desigur, este esențial pentru viață. Ai nevoie de azot pentru a face ARN și ADN, precum și proteine. Și, așadar, ceea ce vom vedea este că, pe măsură ce discutăm despre metabolismul aminoacizilor și al acizilor nucleici, nu atât modul în care contribuie ei la proteine, ARN și ADN, cât mai degrabă modul în care interacționează cu alte căi și metabolism pentru a duce la modul în care sunt aceste molecule. sintetizate, cum sunt defalcate... și ceea ce veți vedea pe măsură ce trecem prin aceste discuții este că înțelegerea metabolismului acestor molecule se referă cu adevărat la modul în care organismele gestionează azotul. Acum, desigur, ne-am petrecut o mare parte din curs vorbind despre modul în care grăsimea și zahărul pot fi oxidate ca o modalitate prin care celulele obțin energie. Și, desigur, asta este foarte important. Un rol major al grăsimilor și zahărului este transducția energiei. Dar, desigur, celulele sunt în mare parte făcute din proteine. Așadar, aproximativ 50% din masa unei celule este proteine. Și proteinele, prin urmare, sunt o parte cheie a dietei noastre și, într-adevăr, a oricărui animal care mănâncă alte organisme. Deci, orice nu este fotosintetic trebuie să ia o mulțime de proteine, deoarece mănâncă alte organisme într-un fel sau altul. Acum, veți ști, desigur, că nucleotidele sunt esențiale pentru și moștenirea vieții, așa că viața nu ar putea exista, cel puțin într-o formă ereditară, fără acestea. Și adesea, echivalăm lucruri precum aminoacizi și metabolismul acizilor nucleici, metabolismul azotului cu totul despre energie și ridicare de greutăți, așa că halterofilii -- toate suplimentele care sunt vândute pentru a ajuta oamenii să devină uriașe -- toate aceste lucruri implică de obicei încărcături mari de azot-- deci creatină-- am vorbit despre asta mai devreme în curs. Leucina este un supliment foarte comun pentru haltere. Aceștia sunt toți compuși care conțin azot și are sens pentru că, dacă vom construi o nouă masă pentru celule, cu siguranță avem nevoie de azot pentru a construi proteina -- asta este jumătate din celule -- precum și acizii nucleici care permite celulelor să continue și să construiască celule noi. Și, de fapt, aproximativ 50%, așa cum am spus, din masa unei celule este proteine, iar încă 10% este acid nucleic. Deci, într-adevăr, o mare parte din ceea ce sunt celulele noastre provine din acești compuși care conțin azot. Cu toate acestea, poate fi ceva la care nu te gândești la fel de mult este că și noi, pentru că trebuie să mâncăm alte organisme, consumăm multe proteine ​​în dieta noastră. Și, prin urmare, proteinele și în special, diferiți aminoacizi, ajung să fie, de asemenea, un nutrient foarte important. Și de fapt, mușchii și ficatul nostru sunt organe de depozitare, dacă vreți, pentru aminoacizi. Și astfel mușchii noștri devin tot mai mari și mai mici, se descompun, se reconstruiesc unul pe altul pe măsură ce trecem prin viață, deoarece ei participă cu adevărat la metabolismul corpului nostru. De fapt, ai tone de energie acumulată în mușchii tăi. Și dacă te înfometezi , nu mai mâncați, puteți trăi din țesutul muscular destul de mult timp. Și asta înseamnă într-adevăr folosirea defalcării aminoacizilor din țesutul nostru muscular, într-adevăr, ca o modalitate de a menține glucoza din sângele nostru ridicat și de a menține creierul să gândească corect. De aceea am vorbit data trecută despre dieta keto. Când am vorbit despre dieta keto, amintiți-vă, dacă veți face acest lucru corect și veți fi cu adevărat cetogenic, nu puteți mânca glucoză, desigur, dar nici nu puteți mânca... sau carbohidrați. Dar nici nu poți mânca proteine, iar motivul este că ficatul îți va transforma aminoacizii înapoi în glucoză. Și asta este adevărat dacă acei aminoacizi provin din dietă sau acei aminoacizi pot proveni din defalcarea mușchilor. În regulă. Deci, dacă folosim aminoacizii ca sursă de energie ca modalitate de a sprijini gluconeogeneza pentru a menține carbohidrații disponibili pentru creier, avem nevoie de o modalitate de a metaboliza acești aminoacizi. Și dacă metabolizăm acești aminoacizi, avem nevoie și de o modalitate de a face față tot excesul de azot. Și așa, într-adevăr, am prezentat deja cum funcționează acest lucru. Și dacă vă amintiți când am vorbit despre naveta malat-aspartat , despre care vă veți aminti că a fost o modalitate prin care noi putem transfera electroni din citosol în mitocondrii și a implicat aceste schimburi complicate între aspartat și oxalacetat și glutamat și alfa. -ketoglutarat, iar la acea vreme, am introdus modul în care aminoacizii sunt legați de alfa-cetoacizii. Și așa am înțeles cum se leagă oxalacetatul, un aminoacid, de acidul alfa-ceto-- scuze-- cum este legat de aminoacidul aspartamul de oxalacetatul de acid alfa-ceto , precum și cum este legat de aminoacidul glutamatul la aminoacidul alfa-cetoglutarat. Pentru a fi foarte explicit, vă reamintesc ce am vrut să spun pentru asta și, deci, iată aminoacidul alanina. Acesta este aminoacidul alanina. Este legat de piruvatul alfa-cetoacidului. Și din nou aceeași relație, dacă te uiți înapoi în notele tale când am discutat despre transferul malat-aspartat - glutamat la alfa-cetoglutarat, aspartat la oxalacetat. Într-adevăr, grupul ceto, grupul alfa-ceto, este înlocuit cu grupul amino. Și ceea ce ar trebui să îți fie clar acum este că, dacă poți transforma un aminoacid într- un alfa-cetoacid -- adică eliminarea azotului, recuperați cetona -- ar trebui să fie foarte clar cum puteți oxida apoi piruvatul, oxidează oxalacetatul, oxidează alfa-cetoglutaratul - ca o modalitate de a obține energie direct, de a o arde în ciclul TCA, de a obține ATP, NADH în acest fel sau de a o transforma în glucoză prin gluconeogeneză. Totuși, dacă vom face asta, evident, acești azotați trebuie să meargă undeva. Și dacă ai de gând să construiești aminoacizi, acei azotați trebuie să vină de undeva. Și de aceea, căile pe care le vom discuta cu adevărat, sunt despre metabolismul azotului și modul în care celulele se ocupă fie de excesul de azot din descompunerea aminoacizilor și acizilor nucleici, fie de modul în care celulele obțin acel azot ca o modalitate de a construi aceste molecule. Acum, ca introducere, trebuie să discutăm, de asemenea, de unde provine cu adevărat azotul, pentru sistemele biologice, în primul rând? Acum, aceasta nu este aproape niciodată o problemă pentru animale și asta pentru că noi și alte animale mâncăm alte organisme. Și așa mâncăm alte organisme -- de obicei, avem o problemă de a face față cu prea mult azot. Cu toate acestea, pentru organismele fotosintetice, modul de a obține azot ajunge să fie o problemă reală. Și, așadar, oricare dintre voi care ați făcut orice grădinărit știe că trebuie să adăugați îngrășământ plantelor voastre. Ce este îngrășământul? Ei bine, este în primul rând o sursă de azot, precum și fosfor. Și într-adevăr, azotul din îngrășământ este cel care ajută la rezolvarea problemei de unde vor obține organismele fotosintetice azotul de care au nevoie pentru a crește. Acum, desigur, există mult azot, azot gazos, în atmosfera noastră, bine? Dar azotul gazos este incredibil de inert. Folosești azotul gazos este un gaz inert pentru a împiedica lucrurile prea reactive să reacționeze cu aerul din laborator, bine? Azotul gazos, ca moleculă foarte stabilă, nu este deloc util pentru biologie. Totuși, dacă luăm acest gaz de azot și îl reducem - adică adăugăm o grămadă de electroni - ceea ce ajungem acum este că vom ajunge cu toate aceste grupări reduse de azot, aceste grupări amino care sunt incredibil de utile pentru biologie. Acestea apar din nou și din nou. Acestea sunt lanțurile laterale ale aminoacizilor noștri. Se găsesc pe toți cofactorii. Ele formează legăturile de hidrogen între diferitele noastre nucleozide, bine? Și așa funcționează enzimele. Genetica se întâmplă. Legăturile de hidrogen se formează din cauza tuturor acestor compuși care conțin azot . Dar ai nevoie de o modalitate de a ajunge de la acest azot gazos la acest azot redus. Și aceasta este într-adevăr așa-numita fixare a azotului, care practic este să ia azot gazos și să-l reducă la un compus precum amoniacul, care implică adăugarea de electroni, care ajunge să fie unul dintre lucrurile, magia biologiei, care face cu adevărat viața. posibil. Acum, adesea nu te gândești foarte mult la fixarea azotului, așa că, evident, știm cu toții că fotosinteza este cu adevărat esențială pentru ceea ce face viața să se întâmple. Și am petrecut mult timp vorbind despre fotosinteză. În afară de fotosinteză, care, desigur, preia energia de la Soare și ne oferă o modalitate de a obține carbon redus de care depinde toată viața - fixarea azotului este o modalitate de a lua azotul gazos din atmosferă și de a- l transforma în amoniac, un formă utilă de azot pentru viață. Și ceea ce poate nu realizați este că fixarea azotului are loc într-adevăr doar într-un grup select de organisme procariote. Deci, aceștia sunt cu adevărat eroii necunoscuti ai vieții, sau cel puțin eroii necunoscuti ai metabolismului. Este probabil cel mai central subiect al vieții despre care nu vom petrece mult timp vorbind în 705 pur și simplu pentru că nu avem timp. Dar este practic chimie redox să ia azot gazos, să îi adaugi electroni și să ajungi cu azot redus. Acesta este foarte consumator de energie - necesită de ordinul a 16 molecule de ATP. Este bine acoperit în diverse manuale dacă sunteți interesat să citiți mai departe despre asta. Dar vreau cu adevărat să apreciezi că acesta este ceva care trebuie să se întâmple cu adevărat și că sunt relativ puține organisme care permit ca acest lucru să se întâmple pentru ca toate celelalte vieți de pe planetă să fie dependente. Acesta este motivul pentru care îngrășământul ajunge să fie lucrul pe care îl adaugi în grădina ta. Deci, în sălbăticie, natura ar stabili relații simbiotice cu alte organisme, cu aceste organisme fixatoare de azot, pentru a obține azotul pe care îl pot obține. Cu toate acestea, putem ajuta acest proces, dând îngrășământ. Dacă există o mulțime de scurgeri de îngrășământ, înfloresc alge. Asta se datorează faptului că tot acest azot este acum aruncat în apă. Acest lucru ajunge să limiteze viteza, adesea, pentru creșterea organismelor fotosintetice, cum ar fi algele. Și astfel acesta ajunge să fie un subiect cu adevărat important dacă ești interesat de știința mediului sau dacă ești interesat de agricultură. Și este cel puțin ceva despre care vreau să vă fac conștienți din acest curs introductiv. În regulă. Acum, pentru majoritatea organismelor, obținem, fie din dieta noastră, fie din mediu, azot fix. Și cele două forme de azot fix pe care trebuie să le discutăm sunt amoniacul, precum și baza conjugată a amoniacului, care este amoniul. Acum, îngrășământul este, desigur, foarte bogat în amoniac. Și animalele care mănâncă alte organisme primesc mult azot din descompunerea proteinelor. Și aceasta este o sursă de amoniac sau ioni de amoniu. Și astfel organismele fotosintetice au problema de a obține acestea. Animalele îndepărtează și au problema , cum scăpăm de asta? Acum, dacă ai curățat vreodată cu amoniac, știi că este destul de urât. Miroase urat. Este un agent de curățare. Este foarte toxic pentru multe organisme la niveluri suficient de ridicate. Și astfel animalele chiar au nevoie de strategii-- sau, toată viața, într-adevăr, celulele au nevoie de strategii despre cum vor manipula acești compuși care conțin azot , fie pentru a-i încorpora, fie pentru a scăpa de ei. Acum, voi petrece mult timp astăzi vorbind despre felul în care animalele care iau multe... mănâncă alte organisme, iau mult azot trebuie să facă față excesului de azot. Și se dovedește că puteți face față cu amoniacul care este generat din descompunerea aminoacizilor dvs. în multe moduri diferite. Și, practic, nu există o singură soluție pe care o folosește viața, care să fie universală pentru modul în care te descurci cu excesul de azot. Într-adevăr, au fost implicate diferite strategii care încorporează metabolismul aminoacizilor și acizilor nucleici care se potrivesc stilului de viață al diferitelor creaturi. Și astfel, peștii și alte forme de viață acvatică se ocupă cu adevărat de azot, deoarece pot elimina direct amoniacul. Ei trăiesc în ocean - mult spațiu în exces în ocean. Luați doar amoniacul. Trimite-l în ocean. Volumul mare de apă din ocean înseamnă că a face față cu amoniacul nu este o problemă atât de mare -- să te piși în ocean pentru a scăpa de excesul de amoniac, de deșeurile de azot. Acum, animalele terestre -- voi spune doar creaturi terestre -- au o problemă diferită de rezolvat. Și asta înseamnă că nu pot tolera concentrațiile mari de amoniac care ar fi necesare doar pentru a-l elibera în mediu, așa că au nevoie de o altă soluție. Și, desigur, soluția noastră este să excretăm excesul de azot sub formă de uree. Deci asta este ureea. Acesta este motivul pentru care facem urină. Și într-adevăr, soluția noastră de a elimina excesul de azot este să concentrăm acel azot, mai degrabă decât să-l excretăm sub formă de amoniac, ci să facem uree, să o punem în urină și să o eliminăm prin urinare. Acum, nu toate animalele produc uree. Lucruri precum reptilele și păsările, care... se dovedește că fabricarea ureei necesită acces la multă apă. Reptilele nu au întotdeauna acces la multă apă. Ei trăiesc în climat uscat. Păsările nu vor să fie nevoite să ducă în jur toată greutatea suplimentară a apei de a face față cu ureea. Deci, în loc de uree, se dovedește că își excretă azotul sub formă de acid uric. Deci, ce este acidul uric? Deci aici este acid uric. Deci acidul uric este practic o purină. Deci ar trebui să arate foarte asemănător cu inelele de adenină și guanină pe care le-ați văzut mai devreme în clasă. Și astfel generează practic acid uric, care le permite să excrete mai mult azot cu mai puțină apă. Și astfel căca de pasăre-- păsările nu urinează-- caca de pasăre pe care o obțineți, acel nămol de material, este practic un amestec de deșeuri solide și acid uric. Și uite așa păsările își elimină deșeurile dintr-o singură mișcare, ca o modalitate de a economisi apă în timp ce se ocupă de excesul de azot. În regulă, faptul că diferite creaturi terestre-- unele, ca noi, produc uree-- unele produc acid uric-- chiar se ocupă, arată că ureea-- vei vedea astăzi că provine din metabolismul aminoacizilor-- acidul uric este , desigur, din purine, din metabolismul purinelor -- vom vorbi despre asta în ultima prelegere a cursului -- ele ilustrează cu adevărat modul în care metabolismul aminoacizilor și acizilor nucleici este într-adevăr despre metabolismul azotului și cum aceste căi sunt într- adevăr configurate într-un mod care permite schimbul de amoniac cu aminoacizi, precum și cu acizi nucleici, deoarece azotul poate curge cu adevărat între toate aceste molecule biologice diferite. Și pe parcurs, ei bine, acest lucru permite o modalitate de a excreta azotul. De asemenea, evident, implică modalități de a-l încorpora și este într-adevăr calea pe care celulele o folosesc atât pentru a produce, cât și pentru a descompune acești compuși. În regulă. Acum, ca oameni, desigur, mâncăm o dietă bogată în proteine ​​- mai mare în proteine. Acum moda actuală este să mănânci diete bogate în proteine. Acesta este cel mai recent trend care este sănătos. Și acest lucru implică mult exces de azot, așa că, ca oameni, trebuie să urinăm de mai multe ori pe zi pentru că trebuie să excretăm mult azot. Acum, asta este cu adevărat cantitatea noastră de uree. Deci acea uree, într-adevăr, la o persoană sănătoasă este echilibrată cu azotul din dietă? Are sens? Dacă nu creștem și mâncăm o anumită cantitate de proteine, dacă mâncăm mai multe proteine, înseamnă că trebuie să excretăm mai mult azot. Dacă mâncăm mai puține proteine, atunci trebuie să excretăm mai puțin azot. Și astfel azotul de intrare și de ieșire ar trebui să fie echilibrat. Acum realitatea este că nu tot azotul nostru este excretat sub formă de uree. Unele dintre ele ajung în scaun ca alți compuși. Așadar, pentru o persoană sănătoasă, azotul este mai mare decât azotul din urină, ureea. Azotul este într-adevăr mai mare decât azotul. Și asta este ceea ce se numește medical bilanț pozitiv de azot . Deci, dacă îți adun toată urina timp de 24 de ore și țin evidența tuturor alimentelor pe care le mănânci și măsoară tot azotul din unitate și tot azotul din alimentele pe care le consumi, va fi absorbit mai mult decât mine. măsurat în urină, acesta este un bilanț pozitiv de azot. Și asta este standardul, sănătos pentru majoritatea oamenilor. Acum, dacă există un bilanț pozitiv de azot, înseamnă că puteți avea și un bilanț negativ de azot, ceea ce înseamnă într-adevăr că cantitatea de azot care intră este mai mică decât cantitatea de azot ieșită. Adică pierzi mai mult azot în urină decât iei. Din punct de vedere medical, acesta este un lucru foarte rău. Când se întâmplă acest lucru? Ei bine, apare în perioadele de foame. Are sens? Dacă nu mănânci niciun aliment, mai trebuie să obții energie de undeva. Îți vei cataboliza glicogenul, îți vei cataboliza grăsimea, dar vei cataboliza și aminoacizii din mușchi. Acei aminoacizi vor genera exces de azot, mai mult azot decât ați luat în dietă. Acest lucru se întâmplă, de asemenea, în timpul unor boli -- faimos, cancer, SIDA, sepsis, toate aceste condiții cu adevărat oribile pe care unii oameni -- pot pune viața în pericol. Multe dintre acestea duc la un fenomen cunoscut sub numele de cașexie. Deci, ce este cașexia? Te irosești, pierzi toată masa corporală slabă. Aceasta este, de asemenea, practic o stare de bilanţ negativ de azot. Și de ce acesta este cu adevărat, un subiect actual pe care mulți oameni încearcă să-l dea seama. Dar este într-adevăr un caz în care descompuneți mai multe proteine ​​musculare, mai mulți aminoacizi și pierdeți acel azot decât îl consumați. Și tratamentul afecțiunii de bază este într-adevăr necesar pentru ca acest lucru să se îmbunătățească. În regulă. Acum, se dovedește că pot provoca experimental un echilibru negativ de azot la un animal dacă elimin anumiți aminoacizi din dieta ta. De ce este asta? Ei bine, pentru că procariotele, plantele, drojdia, o mulțime de organisme, multe organisme, pot produce toți cei 20 de aminoacizi care sunt necesari pentru a construi proteine. Dar se dovedește că animalele, inclusiv oamenii, nu pot produce toți cei 20 de aminoacizi. Este o ciudatenie a fiziologiei noastre. Dar se pare că unii dintre cei 20 de aminoacizi care sunt necesari pentru a construi proteine ​​sunt esențiali. Adică trebuie să provină din surse externe. Așa că nu uitați, există o mulțime de vitamine pe care nu le putem produce. Trebuie să le luăm din dieta noastră. Există lipide esențiale. Am mai vorbit despre asta ultima dată... trebuie să le luăm din dieta noastră. Și unii dintre aminoacizii de care avem nevoie pentru a trăi trebuie, de asemenea, să provină dintr- o sursă externă. Iar în anii 1950, experimentele făcute efectiv pe oameni, pe studenți la medicină, au descoperit că, dacă scoți acești aminoacizi esențiali din dietă, ceea ce se întâmplă este că îi poți schimba pe acei studenți la medicină într-o stare de balanță negativă a azotului. Și asta pentru că nu sunt capabili să sintetizeze proteine. Întotdeauna sintetizezi și descompune proteinele. Dacă nu aveți aminoacizii esențiali pentru a resintetiza proteinele, acum descompuneți mai multe proteine decât sintetizați și ajungeți cu un echilibru negativ de azot. Deci care sunt acești aminoacizi esențiali? Ei bine, le postez aici pe această poză. Și iată aminoacidul esențial. Ele trebuie obținute din alimentație. Iată aminoacidul neesențial. Acestea pot fi obținute din exterior, dar avem și căile pentru a le face. Dacă îi numărați , veți vedea că există nouă aminoacizi esențiali și 11 aminoacizi neesențiali. Se dovedește că doi dintre aminoacizii neesențiali necesită aminoacizi esențiali pentru a se produce, așa că sunt oarecum esențiali în mod condiționat. Din punct de vedere trivial, cred că răspunsul este că există nouă aminoacizi esențiali și ei sunt... Voi folosi abrevierea cu o literă . Deci există lizină, histidină, izoleucină, leucină, valină , treonină, triptofan, fenilalanină și metionină. Acum, mai sunt două. Dacă aveți suficientă fenilalanină, putem sintetiza tirozină. Și dacă aveți suficientă metionină, putem sintetiza cistina. Dar se dovedește că tirozina și cistina, deoarece necesită fenilalanină și metionină, în toate scopurile, sunt de asemenea esențiale. Deci, într-adevăr, 11 din cei 20 de aminoacizi provin din alimentația noastră, fie direct, fie indirect în cazul tirozinei și cistinei. Acum, desigur, dietele noastre implică o mulțime de proteine. Mâncăm alte animale și atât de rar este o problemă că avem nevoie de acestea, ceea ce probabil este modul în care evoluția a putut să-și piardă capacitatea de a le produce, pentru că oricum luăm o mulțime de aminoacizi tot timpul. Și aceștia sunt aminoacizi care sunt importanți în primul rând doar pentru producerea proteinelor. Dar acest lucru ilustrează, de asemenea, că proteinele sunt un rezervor mare de azot pe care îl luăm și îl luăm deja prefabricat ca acești aminoacizi, chiar dacă îi putem sintetiza pe restul de nouă. Bine , acum dintre cei nouă aminoacizi rămași-- aceștia sunt cei pe care îi putem sintetiza-- aceștia sunt în mare parte despre modul în care deplasăm azotul prin sistemele biologice. Vom vedea asta pe măsură ce parcurgem restul prelegerilor despre căile care implică metabolismul aminoacizilor. Și de unde vreau să încep cu asta este modul în care ne vom ocupa de amoniacul, care este într-adevăr schimbat în și din moleculele biologice, în principal cei doi aminoacizi rămași. Și cele două sunt glutamatul și glutamina. Așa că vă reamintesc doar pentru că acest lucru este important... E este abrevierea cu o literă pentru glutamat. Q este abrevierea cu o singură literă pentru glutamina. Și glutamatul și glutamina sunt cu adevărat esențiale pentru schimbul de amoniac în și din molecule. Doar pentru a vă reamintesc cum arată acestea - deci acesta este alfa-cetoacidul, alfa-cetoglutaratul, cetona, alfa până la acidul carboxilic, alfa-cetoacidul, alfa-cetoglutaratul. Așa că nu uitați, diferă de aminoacidul glutamat. Așa că schimbă acel grup alfa-ceto cu grupul amino. Acum am glutamat. Și glutamina este, mai degrabă decât acid carboxilic pe lanțul lateral, adăugați această a doua grupă de azot. Și, așadar, ceea ce veți vedea pe măsură ce trecem prin prelegeri, acel glutamat este într-adevăr... glutamatul major, alfa-cetoglutaratul este într-adevăr principalul donor și acceptor de azot pentru a introduce și ieși azot din alți aminoacizi. În ultima prelegere, veți vedea că glutamina este un important donator de azot. Acest azot de pe lanțul lateral ajunge să fie important pentru introducerea azotului în acizii nucleici. Acum, o enzimă cu adevărat cheie pentru a introduce și scoate acest azot este cea care catalizează acest pas chiar aici. Aceasta este catalizată de o enzimă numită glutamat dehidrogenază. Și glutamat dehidrogenaza realizează într-adevăr următoarea reacție. Există alfa-cetoglutarat. Deci, aceasta poate prelua o moleculă de amoniac. BINE. Deci cu acest intermediar. Și acum avem doi electroni aici ca un ion hidrură, care, desigur, îi donăm doi electroni. De aceea este o dehidrogenază. Implica cofactor de nicotinamidă. Deci acestea pot proveni fie din NADPH, fie din NADH, generând NAD+ sau NADP+. Și astfel reduceți această moleculă - NADH oxidat, sau NADPH, NAD+ sau NADP - și obțineți aminoacidul glutamat. Și iată o reacție catalizată de glutamat dehidrogenază care poate transforma acidul alfa-ceto, alfa-cetoglutaratul, în aminoacidul glutamat. Această reacție, care este efectiv amoniac plus alfa-cetoglutarat plus NADH sau NADPH poate genera reversibilitate glutamat plus NAD+ sau NADP+ plus apă. Deci, această reacție, din nou, glutamat dehidrogenaza - reacție foarte reversibilă - poate folosi fie NADH, fie NADP, fie NAD+, fie NADP+. Oricare dintre factori funcționează și este o reacție cheie de a transforma alfa- cetoacidul, alfa-cetoglutaratul, cu aminoacidul glutamat și de a obține amoniacul în și din rezervorul de aminoacizi. Bine, așa că am menționat că glutamina este celălalt purtător important de azot. Și așa cum se face asta? Ei bine, poți reuși. Deci, dacă începi cu glutamat și fosforilezi acel glutamat cu ATP-- deci acum este un fosfoacid pe lanțul lateral al glutamatului. Pierdeți fosfatul anorganic și acum ajungem cu glutamina... glutamina. Bine, acest lucru este realizat de o enzimă numită glutamin sintază. Și practic este o altă modalitate de a colecta amoniacul. Acest proces poate fi inversat. Deci putem lua glutamina. Așa că voi extrage întreaga moleculă. Voi desena aici doar lanțul lateral. Deci aici ar fi lanțul lateral al glutaminei. Se poate folosi doar apă pentru a elimina amoniacul și a regenera glutamatul realizat de o enzimă numită glutaminază - deci glutamat la glutamină, glutamină la glutamat - glutamin sintază - glutaminază. Observați, la fel ca orice altă reacție sau cale despre care am vorbit, o direcție este favorabilă. Cealaltă direcție nu este. Deci, această direcție necesită aport de energie pentru a funcționa. ATP este utilizat în glutamina sintetaza. Glutaminaza nu necesită ATP pentru că este favorabilă... are sens cu toate celelalte lucruri despre care am vorbit. Și, ca animale, felul în care țesuturile noastre se ocupă de azot este că, dacă catabolizăm un aminoacid în țesutul nostru, ajungem să generăm amoniac. Acest amoniac ajunge fie în glutamat prin reacția de hidrogenare a glutamatului, fie este implicat în glutamină. Și apoi purtăm acel azot sub formă de glutamat sau glutamină în sânge. Este transportat în ficat și rinichi, iar ficatul și rinichii noștri gestionează excesul de azot, transformându-l în uree, în cazul nostru . Alte organisme l-ar putea transforma în altceva în țesuturi specializate, unde poate fi apoi excretat, bine? Și, din nou, ajunge să fie și acel glutamat -- dacă vom face aminoacizi -- ajunge să fie o sursă bună de azot. Și glutamina, dacă vom produce acizi nucleici, ajunge să fie o sursă bună de azot. Și astfel, pentru catabolizarea aminoacizilor pentru energie, putem elibera amoniac prin reacția glutamat dehidrogenază care se mișcă în această direcție, sau putem încorpora amoniac rulând în direcția opusă. Și ceea ce veți vedea atunci este că sinteza și descompunerea, concentrându-se acum pe aminoacizi, vor implica într-adevăr schimbul de azot între alfa- cetoacizi și aminoacizi și glutamina și glutamat așa cum am descris pentru naveta malat-aspartat, BINE? Deci, să arătăm doar un exemplu în acest sens. Deci asta a fost implicat în naveta malat-aspartat. OK, deci aici este oxalacetat. Deci alfa cetonă la acid - deci alfa-cetoacid. Acesta este aminoacidul aspartat. Amintiți-vă, în naveta malat-aspartat, practic am schimbat gruparea amino și aspartatul pentru a fi glutamat și alfa- cetoacidul, oxalacetat, cu alfa-cetoglutarat - deci alfa-cetoacidul, aminoacidul, alfa-cetoacidul, aminoacid echilibrat pe ambele părți. Și natura poate folosi practic acest sistem pentru a introduce acum azot în și din sisteme, bine? Deci, luați un aminoacid alanină. Este legat de piruvatul alfa-cetoacidului. Puteți schimba acea grupă amino pe alfa-ceto glutarat, bine? Asta va genera glutamat. Puteți folosi acel glutamat. Se transferă gruparea amino pe oxalacetat. Asta poate genera aspartat. Și, într-adevăr, aici, aveți un sistem în care puteți utiliza transferul acestor aminoacizi între alfa-cetoglutarat și glutamat și, într-adevăr, orice alfa-- sau scuze-- orice aminoacid și orice alfa-ceto acid, OK? Și deci, dacă vom cataboliza un aminoacid, să zicem, alanina, dăm azotul la alfa-cetoglutarat, acum ajunge pe glutamat - acel glutamat poate dispărea în sânge. Poate fi folosit în altă parte pentru a sintetiza aspartatul din oxalacetat sau alt aminoacid din alt alfa-cetoacid. Sau puteți rămâne doar pe glutamat, mergeți aici la reacția glutamat-dehidrogenază și generați amoniac. Și astfel, pentru catabolismul aminoacizilor, primul pas implică transferul azotului în alfa-cetoglutarat, care generează glutamat, precum și alfa-cetoacidul, care poate fi apoi metabolizat. Dacă vom face un aminoacid, putem începe cu alfa-cetoacidul și putem transfera azotul din glutamat. Și aceasta este o modalitate, atunci, de a face aminoacid. Și astfel glutamat dehidrogenaza vă permite să introduceți amoniac în și din sistem, iar apoi acest transfer practic de azot între alfa-cetoacizi și aminoacizi care implică glutamatul și alfa-cetoglutaratul vă permite acum să mutați azotul în sistem. Și așa este, pe scurt, cum sintetizezi și descompune mulți aminoacizi, deși, desigur, există câteva excepții. Și glutamina pe care tocmai am descris-o. Este glutamina sintetaza și reacția glutaminazei. Evident, așa sintetizați și descompuneți glutamina în comparație cu glutamatul. Asparagina este ca glutamina. Amintiți-vă, asparagina -- de asemenea, este aspartat cu o grupare amino pe lanțul lateral, la fel ca glutamina. Și astfel metabolismul său este similar cu glutamina. Arginina - arginina este un aminoacid special cu trei molecule de azot. Vom discuta despre asta pe larg peste putin. Prolene -- dacă te uiți la structura prolenului, ceea ce vei descoperi este că glutamatul a fost ciclizat, apoi redus. Și astfel prolene este, de asemenea, puțin diferit. Faceți glutamat, îl ciclizați și îl reduceți. Așa obții prolene. Și apoi, se pare, glicina este generată din serină. Și vom discuta despre asta pe larg în prelegerea următoare. Dar pentru ceilalți -- majoritatea celorlalți aminoacizi, reacțiile implică într-adevăr interconversia dintre alfa-cetoacid și aminoacid și glutamină-glutamat printr-o serie de reacții denumite transaminare. Bine și deci transaminarea este într-adevăr aceste reacții care permit această schimbare de azot între aminoacizi și alfa-cetoacizi și alfa-cetoglutarat și glutamat. Unele dintre acestea sunt foarte faimoase. Mulți dintre voi doresc să meargă la facultatea de medicină. Veți face teste ale funcției hepatice, în care măsurați nivelurile de ALT și AST. Acestea sunt enzimele funcției hepatice sau transaminazele, bine? Ele sunt practic transaminazele care catalizează schimbul în cazul ALT dintre piruvatul de alanină și alfa-cetoglutaratul de glutamat. AST este transaminaza care catalizează schimbul dintre aspartat oxalacetat și glutamină alfa-cetoglutarat - enzime foarte active, foarte reversibile, foarte abundente în ficat. Este important ca ficatul să introducă și să iasă azotul din diferiți aminoacizi -- niveluri ridicate în celulele hepatice -- așa că atunci când ficatul este deteriorat, se scurg și se măsoară în sânge, iar acesta este un semn de afectare a ficatului. . Și din nou, doar pentru a conduce acest punct acasă, astfel încât să aveți alfa-cetoglutarat. Alfa-cetoglutaratul poate fi transformat în glutamat. Aceasta este reacția glutamat-dehidrogenază , deci implică o etapă redox cu NADH sau NADPH. Acest lucru vă permite să interconversiți amoniacul, practic, să luați azot în și din sistem ca amoniac. Și apoi, odată ce este în sistem, acum puteți face transaminare pentru a muta azotul între glutamat alfa-cetoglutarat cu orice alt alfa-cetoacid și aminoacid, bine? Și deci, dacă ai de gând să catalizați aminoacizii, mergi în acea direcție. Și ești un pește... mergi în această direcție, eliberezi amoniac. Sau poți veni în această direcție și asta este anabolism. Asta vă permite să construiți aminoacizi, bine? BINE. Deci, aceste reacții de transaminare devin apoi foarte importante și trebuie să discutăm despre modul în care funcționează. Deci, Transaminarea în sine necesită un cofactor. Acest cofactor se numește fosfat de piridoxal, bine? Este derivat dintr-o vitamină, ca mulți cofactori. În acest caz, este vitamina B6, denumită și piridoxină, vitamina B6. Vitamina B6 arată așa. Bine, deci asta e piridoxină. Aceasta este vitamina B6. Se pare că mâncăm vitamina B6. Și forma activă din celulă este această moleculă, unde acest alcool a fost oxidat la aldehidă. Și acest factor de cocs este denumit piridoxal fosfat și abreviat PLP, pentru piridoxal fosfat. În regulă. Bine, acum să trecem peste acum, fosfatul de piridoxal permite să apară aceste reacții de transaminare. Deci, să începem aici doar cu niște aminoacid generic, OK? Și transaminaza are... deci aici este fosfatul de piridoxal. Nu o să desenez întreaga moleculă, doar un schelet al fosfatului de piridoxal. Deci reacționează cu aminoacidul. BINE? Deci aceasta este partea de mijloc a moleculei. BINE? Generați baza de schimb. Desenați doar partea de sus aici. OK, deci aici acum generăm acidul alfa-ceto. Și această versiune alternativă a fosfatului de piridoxal numită piridoxamină, care este, de asemenea, abreviată PMP - și, practic, am schimbat aminoacidul, transferând azotul pe PLP pentru a face PMP și generând alfa-cetoacidul. Acest PMP poate reacționa acum cu un alt alfa-cetoacid. Deci, iată PMP-ul nostru. Și practic, dacă doar inversez toți acești pași pe care tocmai i-am făcut-- așa că voi face, de dragul conciziei, voi face doi pași într-unul. OK, așa că am împărțit asta aici în doi pași diferiți înainte, dar pentru a-mi economisi niște desene, o să fac doar unul aici. Și tot ce am făcut a fost să pornesc același mecanism în direcția opusă. Și acum mi-am luat alfa-cetoacidul, am primit azotul din PMP, am regenerat acum un nou aminoacid, precum și... Nu am de gând să scot totul, ci am regenerat fosfat de piridoxal. Și astfel, fosfatul de piridoxal ajunge să fie acest cofactor cu adevărat util care permite această reacție de transaminare care este această interconversie între un aminoacid și alfa-cetoacid și un alt aminoacid sau alfa-cetoacid. Și astfel fosfatul de piridoxal este un co-factor care este util și pentru alte reacții care conțin aminoacizi - practic permite acest tip de chimie care permite azotului să - acest tip de chimie pentru a facilita reacțiile cu aminoacizi. Vom vedea în următoarea prelegere că vom folosi fosfatul de piridoxal într-un mod ușor diferit pentru a converti serina în glicină plus o unitate cu un carbon pe care o putem folosi pentru altceva. Nu am timp să intru în ele în acest curs introductiv, dar fosfatul de piridoxal este implicat și în alte reacții cu aminoacizi. Deci data trecută, am discutat despre etanolamină. Și amintiți-vă, etanolamina este un alcool care se găsește în fosfolipide, fosfatidiletanolamină. Serina este folosită pentru a produce etanolamină. Și fosfatul de piridoxal, practic, permite decarboxilarea serinei pentru a genera etanolamină. Serina poate fi, de asemenea, transformată în piruvat și amoniac. Este o modalitate alternativă de a genera amoniac. Aceasta implică și fosfatul de piridoxal. Și dacă sunteți interesat, puteți căuta aceste reacții și mecanismele lor și puteți vedea cum este reutilizat fosfatul de piridoxal pentru acele reacții, bine? Dar pentru scopurile de astăzi, acesta este fosfatul de piridoxal. Acesta este modul în care permite transaminarea. Și acum ar trebui să fie foarte clar cum se face că peștii pot mânca o grămadă de alimente care conțin proteine și pot elimina azot în ocean, bine? Și asta este că pot lua orice, niște aminoacizi. Ei pot face o reacție de transaminare care conține piridoxal-fosfat și pot genera alfa-cetoacidul cu azotul trecând la alfa-cetoglutarat pentru a genera glutamat. Acest acid alfa-ceto poate fi acum oxidat. Asta e favorabil. Acesta poate fi folosit pentru a genera ATP și pentru a permite peștilor să obțină energia de care are nevoie pentru a înota. Acel glutamat poate acum, practic, să efectueze reacția glutamat-dehidrogenază , generând amoniac, regenerând alfa-cetoglutaratul pentru a accepta următorul azot pentru a permite oxidarea coloanei vertebrale de carbon din aminoacid. Și amoniacul poate pluti în ocean, unde nu face rău nimănui și poate fi îngrășământ pentru unele alge. În regulă? Și astfel există o modalitate de a lua catabolismul aminoacizilor, de a obține energie și de a excreta azotul sub formă de amoniac, implicând practic transaminarea, care necesită fosfat de piridoxal și glutamat dehidrogenază. În regulă. Acum, se pare că mormolocii fac același lucru pentru că trăiesc în apă. Dar când un mormoloc devine broască sau dacă ești mamifer, nu mai faci asta pentru că acum nu mai ai apă infinită în care să excreți. Și, în schimb, așa cum am spus mai devreme, vom genera uree ca o modalitate de a excreta azotul. Și bineînțeles, am menționat mai devreme-- nu o să-l desenez din nou, dar păsările și reptilele-- pentru că veți vedea că fabricarea ureei necesită multă apă-- puteți economisi chiar și acea apă făcând să apară acidul uric. in schimb. Acum, modul în care faceți purine va fi discutat în ultima prelegere. Vei vedea cum faci acid uric acolo. Dar, deocamdată, vreau să discut despre modul în care generăm uree ca o modalitate alternativă de a face față metabolismului aminoacizilor și a excreta azotul. Se pare că, pe măsură ce discutăm despre modul în care sintetizați ureea, discutăm și despre modul în care vom produce și descompune arginina, unul dintre acei aminoacizi cu excepție. Și veți vedea de ce arginina și ureea sunt într-adevăr legate de metabolism așa cum sunt. Așa că permiteți-mi să vă reamintesc cum arată arginina. BINE? Deci aici este aminoacidul arginina, bine? Voi redesena aici o parte din lanțul lateral într-o culoare diferită. BINE? Și am procedat așa pentru că vreau să vă arăt cum este legat de uree? Deci, dacă iau apă, scoaterea din acel capăt al moleculei de arginină generează uree, bine? Și așa că ceea ce ne rămâne după ce facem asta este celălalt aminoacid, care nu se găsește în proteine, ci se găsește în metabolism. Și este un aminoacid numit ornitină. Și, practic, dacă descompuneți arginina în ornitină, generați uree. Și așa ar trebui să fie clar că, dacă acum pot crea un ciclu în care iau ornitină, iau câteva azot și regenerez arginina, acum am o modalitate de a produce practic uree pentru că atunci pot face ciclul arginină la ornitină, pot face uree. , mai ridicați doi azot, regenerați arginina și aceasta este o modalitate de a genera uree. Acum, această serie de reacții are loc printr-un ciclu numit ciclu al ureei. Și ciclul ureei a fost descris și de vechiul nostru prieten, Hans Krebs. Deci, amintiți-vă, Hans Krebs a descris ciclul TCA. Se pare că ciclul ureei a fost descris de Hans Krebs înainte de ciclul TCA și este de fapt primul ciclu descris. Și astfel, o parte din inspirația pentru ciclul TCA a venit pentru că Hans Krebs avea deja cicluri pe creier de la descrierea ciclului ureei. Acum, este o concepție greșită comună că toate celulele fac ciclul ureei. Nu este absolut adevărat. Multe celule desfășoară reacții care implică ciclul ureei, deoarece este implicată și în metabolismul argininei, bine? Dar ciclul ureei, așa cum îl vom descrie, este într-adevăr, cel puțin în noi, selectiv pentru ficatul și rinichii noștri, deoarece aceasta este într-adevăr seria de reacții pe care le rulăm pentru a genera uree, care ajunge în urina noastră. BINE? Și deci amintiți-vă, ar fi azotul transportat către rinichi sau ficat prin glutamat sau glutamină și apoi și ajunge în cele din urmă să intre în acest ciclu al ureei pentru a genera uree. Acum, aceasta implică reacții care vor avea loc în mai multe compartimente ale celulei. Și astfel, cea mai mare parte se întâmplă pe citosol, dar există o reacție care are loc în mitocondrii. Și deci o prezentare generală este următoarea, OK? Așa că tocmai v-am arătat cum puteți începe de la aminoacidul arginină și să generați aminoacidul neproteinogen ornitină, bine? Și asta va implica producția de uree, bine? Această reacție are loc în citosol. Dar următoarea reacție, care este ornitina care preia CO2, precum și orice altceva care preia un amoniac pentru a genera un alt aminoacid neproteinogen numit citrulină - această reacție are loc în mitocondrii. Și apoi acea citrulină va prelua un alt azot -- vă arăta cum face asta într-un minut -- pentru a face o moleculă numită argininosuccinat. Și apoi acel argininosuccinat va fi transformat înapoi în arginină. Și astfel, un ciclu în patru pași - această reacție - ornitina la citrulină care are loc în mitocondrii și apoi regenerează arginina din citrulină în doi pași, care are loc în citosol și apoi ornitina susținută de arginină în citosol pentru a genera uree. În regulă. Acum să trecem prin detaliile cum funcționează. Și vom începe aici și mitocondriile la această reacție de ornitină la citrulină. Deci, se pare că prima parte a acestui lucru generează o moleculă numită carbamoil fosfat. Voi scrie asta într-o secundă. Și așa vine de la CO2, care, desigur, este în echilibru și celulele cu bicarbonat, OK? Deci există bicarbonat. Așa cum am văzut când am făcut reacții de carboxilare, dacă fosfilez bicarbonatul cu ATP, această moleculă de aici ar reacționa cu biotina și acesta a fost un mod în care am făcut reacțiile de carboxilare. Ei bine, se pare că, în loc să reacționez cu azotul de pe biotină, pot reacționa și cu amoniacul. Acest lucru generează acest intermediar de acid carbamic, care poate fi apoi fosforilat cu ATP, din nou, pentru a genera această moleculă, care se numește carbamoil fosfat. Bine, deci carbamoil fosfat. Se pare că tot acest pas - doi ATP care iau CO2 și amoniac și generează carbamoil fosfat este realizat de o singură enzimă. Acest carbamoil fosfat va reacționa apoi cu o moleculă de ornitină. Deci iată ornitina. BINE. Și asta va genera această moleculă, care este aminoacidul citrulină, ornitina și citrulina fiind cei doi aminoacizi majori care nu se găsesc în proteine. În regulă, acum această citrulină din citosol poate suferi o reacție cu ATP. Și este mai ușor să văd dacă rearanjez această parte aici a lanțului lateral al citrulinei. Așa că sunt aici să desenez lanțul lateral. Deci, se pare că va reacționa cu ATP. Așa că voi desena ATP aici în acest mod stilizat. Aceasta va elibera pirofosfat, care poate fi, desigur, tras înainte prin scindarea pirofosfatului în două molecule de fosfat anorganic. Și așa că acum aveți citrulină cu un AMP pe ea. Și care poate reacționa cu un aspartat, aminoacidul aspartat-- deci acesta este aminoacidul aspartat-- pierzând AMP pentru a genera acest intermediar-- acest intermediar, care se numește argininosuccinat. Deci argininosuccinat-- de ce se numește așa? Pentru că aici este o moleculă de succinat. Și această parte aici este o moleculă de arginină. Și acum ce se poate întâmpla în continuare? Apropo, această reacție de aici de la adăugarea citrulinei la argininosuccinat -- este realizată de unul dintre denumirile mele de enzime preferate. Se numește Argininosuccinate Synthase, prescurtat ASS. Deci, enzima este enzima ASS-- A-S-S-- Argininosuccinate Synthase-- pentru a transforma citrulina în argininosuccinat. Odată ce ai argininosuccinat, acum poți efectua acea reacție, care va genera două lucruri. Din jumătatea violet de aici, veți ajunge acum cu această moleculă, care este fumarat din ciclul TCA, precum și eu am regenerat unul dintre cei mai obositoare aminoacizi de extras, care este arginina. Deci aici avem aminoacidul nostru arginina. BINE? Și astfel încât fumaratul trebuie acum, desigur, transformat din nou în aspartat. Știi cum să faci asta. Pot să iau fumarat, să- l transform în malat. Asta înseamnă să adaugi apă. Acesta este ciclul TCA. Apoi malat la oxalacetat... acesta este NAD la NADH. Și apoi aspartatul poate fi transaminat în aspartat. Și, practic, puteți vedea cum pot conduce acel ciclu al ureei ca o modalitate de a excreta azotul, unul din carbamoil fosfat, unul din aspartat pentru a genera uree. Și astfel, acest ciclu complet este de fapt câteva cicluri puse împreună, uneori denumite bicicletă Krebs sau triciclu Krebs. Și o voi desena aici. Deci, dacă începeți cu argininosuccinat aici la mijloc, acel argininosuccinat va genera fumarat și arginină, bine? Arginina în ornitină va permite generarea de uree. Ornitina poate fi transformată în citrulină, preluând un carbamoil fosfat, care, desigur, este din CO2 plus amoniac. Acea citrulina și aspartatul se unesc pentru a vă oferi argininosuccinat. Și apoi acel fumarat poate rula prin ciclul TCA pentru a genera malat. Deci asta e apa. Malatul poate fi folosit pentru a genera oxalacetat. Deci asta este, desigur... OK. Acel oxalacetat poate fi folosit pentru a genera aspartat. Aceasta este o reacție de transaminare. Deci reacția de transaminare [INAUDIBILĂ] glutamat la alfa-cetoglutarat și apoi glutamat la alfa-cetoglutarat. Reacția glutamat-dehidrogenază poate aduce azotul înăuntru. Și astfel, acest ciclu complet aici -- ceea ce veți vedea este de fapt echilibrat în ceea ce privește ambii electroni din cauza reacției glutamat-dehidrogenază și a direcției malat-oxalacetat, precum și a tuturor azot, într-adevăr vă permite să luați azot ca amoniac, să-l puneți în sistem ca aspartat, folosiți- l pentru a combina cu citrulina pentru a face argininosuccinat. Mergeți la arginină, faceți uree cu ceilalți azoți proveniți din carbamoil fosfat pentru a genera citrulina. Și astfel amoniacul care este adus în ficat și rinichi prin glutamat sau glutamină poate fi apoi încorporat în aspartam și carbamoil fosfat și în cele din urmă, excretat sub formă de amoniac. Puteți vedea că există o mulțime de ATP care este necesar aici. Ai nevoie de doi ATP aici pentru a genera carbamoil fosfat. Și aveți nevoie de încă doi ATP aici la pasul de argininosuccinat sintază pentru a genera argininosuccinat. Și ai nevoie și de CO2, dar efectul net este că generezi uree. OK, știu că ciclul ureei este complicat. Voi începe data viitoare să trec printr-o altă revizuire a acestuia doar pentru a mă asigura că ai totul clar. Mulțumesc.