Podcast na Metabolismus dusíkatých látek

Kapitoly

Úvod do metabolismu

Kdy tělo sahá po aminokyselinách?

Dvě cesty: Uhlíkatá kostra a aminoskupina

Hlavní role jater a sběrné duo

Koloběh alaninu a konečné stanice

Když se něco pokazí: Genetické poruchy

Nejen palivo, ale i stavební materiál

Problém jménem amoniak

Kde se cyklus odehrává?

Krebsovo kolo na kole

Regulace a energetika

Švýcarský nůž buňky

Křižovatka jménem IMP

Začátek v žaludku

Týmová práce ve střevě

Buněčný úklid a rekapitulace

Přepis

Martin: Počkej, takže tělo si aminokyseliny vlastně vůbec neumí skladovat? Prostě je buď hned použije, nebo odbourá?

Barbora: Přesně tak! Žádné zásoby na horší časy. Buď se stanou součástí nových bílkovin, nebo jdou na energii. To je na tom to fascinující!

Martin: To je neuvěřitelné. Posloucháte Studyfi Podcast a dnes se s naší expertkou Barborou podíváme na to, co se děje s bílkovinami po tom, co je sníme. Tedy, na metabolismus aminokyselin.

Barbora: Ahoj Martine, zdravím všechny posluchače. Je to téma, které se týká úplně každého, ať už jste sportovec, nebo se jen učíte na zkoušku.

Martin: Dobře, takže kdy přesně se tělo rozhodne, že aminokyseliny nespálí, ale naopak je začne odbourávat na energii?

Barbora: Děje se to hlavně ve třech situacích. První je úplně normální a děje se neustále. Říká se tomu „protein turnover“, tedy obnova bílkovin. Staré proteiny se rozkládají a pokud tělo zrovna nepotřebuje aminokyseliny na stavbu nových, tak je prostě spálí.

Martin: To dává smysl. Takový neustálý úklid a recyklace.

Barbora: Přesně. Druhá situace nastává, když máte stravu extrémně bohatou na bílkoviny. Co tělo nespotřebuje na syntézu, to odbourá. Jak jsme řekli na začátku – aminokyseliny nelze skladovat.

Martin: To mi připomíná období, kdy jsem pil proteinové koktejly a myslel si, že čím víc, tím líp. Takže přebytek šel prostě pryč?

Barbora: V podstatě ano, přeměnil se na energii nebo tuk. A třetí situace je méně veselá – je to při hladovění nebo třeba při neléčeném diabetu, kdy tělu chybí jiné zdroje energie, jako jsou sacharidy.

Martin: Dobře, chápu. A když se tedy tělo rozhodne aminokyselinu odbourat, co se s ní přesně stane?

Barbora: Každá aminokyselina se v podstatě rozdělí na dvě části. První je aminoskupina, která obsahuje dusík. Ta je pro tělo potenciálně toxická a musí se s ní naložit opatrně.

Martin: A ta druhá část?

Barbora: To je takzvaná uhlíkatá kostra, odborně α-ketokyselina. A ta je pro tělo naopak skvělý zdroj. Může ji buď rovnou spálit v citrátovém cyklu na oxid uhličitý a vodu, nebo ji použít v procesu glukoneogeneze k výrobě glukózy.

Martin: Takže je to jako rozebírat Lego. Uhlíkatá kostra jsou ty univerzální kostičky, které můžu použít na cokoliv, a aminoskupina je ten speciální dílek, který musím dát na bezpečné místo.

Barbora: To je perfektní přirovnání! A tím bezpečným místem jsou hlavně játra. Právě tam probíhá většina metabolismu aminokyselin.

Martin: Proč zrovna játra? Proč ne třeba svaly, kde je bílkovin spousta?

Barbora: Svaly sice aminokyseliny využívají, ale finální zpracování dusíku probíhá v játrech. Amoniak, který z aminoskupin vzniká, je totiž jedovatý. V tkáních mimo játra se proto bezpečně zabalí a pošle krví do jater k likvidaci.

Martin: A jak se balí? V nějakých speciálních transportních kontejnerech?

Barbora: Skoro. Těmi kontejnery jsou dvě konkrétní aminokyseliny: glutamát a glutamin. Fungují jako takové sběrné taxíky. Většina aminoskupin z ostatních aminokyselin se nejprve přenese na ně.

Martin: Aha! Proto jsou glutamát a glutamin v buňkách v mnohem větších koncentracích než ostatní, že?

Barbora: Trefa. A k tomu přenosu slouží enzymy zvané transaminázy. Ty jako pomocníka, kofaktor, potřebují pyridoxalfosfát.

Martin: Pyridoxal... co? To zní jako zaklínadlo.

Barbora: Pyridoxalfosfát, zkráceně PLP. Není to žádná magie, je to jen aktivní forma vitamínu B6. Funguje jako takový univerzální klíč, který pomáhá přenášet ty aminoskupiny z jedné molekuly na druhou. Je to klíčový hráč v celém procesu.

Martin: Zmínila jsi, že svaly také pracují s aminokyselinami. Jak to řeší ony, když nemají tu finální čističku?

Barbora: Mají na to chytrý systém, kterému říkáme glukózo-alaninový cyklus. Ve svalu se aminoskupina přenese na pyruvát, čímž vznikne aminokyselina alanin.

Martin: A ten alanin pak cestuje do jater?

Barbora: Přesně. Alanin je ten bezpečný transportér amoniaku a zároveň uhlíkaté kostry ze svalu do jater. V játrech odevzdá aminoskupinu k likvidaci a z jeho kostry se vyrobí glukóza, která se zase pošle zpátky do svalu jako palivo. Je to elegantní koloběh.

Martin: To je geniálně efektivní. A co se stane s těmi uhlíkatými kostrami? Zmínila jsi, že jdou do citrátového cyklu. Všechny se mění na to samé?

Barbora: To je na tom to nejlepší. Máme dvacet různých aminokyselin, každá má trochu jinou strukturu. Ale metabolismus je tak chytrý, že všechny tyto složité dráhy odbourávání vedou k pouhým šesti finálním produktům. A všechny tyto produkty mohou vstoupit do citrátového cyklu.

Martin: Takže dvacet různých cest se sbíhá do šesti hlavních dálnic, které vedou do jedné obrovské energetické továrny. Páni.

Barbora: Přesně tak. Je to dokonalý příklad metabolické konvergence.

Martin: Co se ale stane, když některý z těch enzymů v dráze chybí? Když je nějaká z těch cest zablokovaná?

Barbora: To je bohužel podstata některých vrozených metabolických poruch. Pokud chybí jeden jediný enzym, začne se v těle hromadit meziprodukt, který měl tento enzym zpracovat, a to může být velmi toxické.

Martin: Můžeš uvést nějaký příklad?

Barbora: Určitě. Nejznámější je asi fenylketonurie, zkráceně PKU. Lidem s touto poruchou chybí enzym, který přeměňuje aminokyselinu fenylalanin na tyrosin. Fenylalanin se jim pak hromadí v těle a poškozuje vývoj mozku.

Martin: To je ta nemoc, kvůli které se u novorozenců dělá screening z patičky, že?

Barbora: Ano, přesně ta. Díky včasné diagnóze a speciální dietě s nízkým obsahem fenylalaninu mohou tito lidé žít úplně normální život. Ukazuje to, jak je každá jednotlivá reakce v metabolismu důležitá.

Martin: Celou dobu se bavíme o odbourávání. Ale aminokyseliny jsou přece hlavně stavební kameny. Tělo si je umí i vyrábět?

Barbora: Některé ano, těm říkáme neesenciální. Ale zhruba devět jich musíme přijímat v potravě, protože naše tělo si je vyrobit neumí. To jsou ty známé esenciální aminokyseliny.

Martin: Jasně, ty jsou ve vejcích, mase, luštěninách...

Barbora: Přesně. A teď to nejlepší na závěr. Aminokyseliny nejsou jen na stavbu bílkovin a na energii. Jsou to prekurzory pro neuvěřitelné množství dalších důležitých molekul.

Martin: Jako třeba?

Barbora: Tak například z tryptofanu vzniká neurotransmiter serotonin, hormon štěstí. Z tyrosinu zase dopamin nebo adrenalin. Z glutamátu se vyrábí GABA, další důležitý neurotransmiter.

Martin: Takže naše nálada a reakce na stres přímo souvisí s metabolismem aminokyselin?

Barbora: Naprosto. A to není všechno. Z glycinu a argininu vzniká kreatin, zásobárna energie ve svalech. Z několika aminokyselin se skládá glutathion, klíčový antioxidant v těle. A dokonce i hem, červené barvivo v hemoglobinu, začíná svou syntézu od aminokyseliny glycinu.

Martin: Takže aminokyseliny jsou vlastně takoví multifunkční švýcarské nože našeho těla! Nejenže staví a dodávají energii, ale řídí i komunikaci v mozku a přenos kyslíku. To je fascinující. Díky moc, Barboro, za skvělé vysvětlení.

Barbora: Rádo se stalo, Martine. Je to úžasný svět a doufám, že jsme ho posluchačům trochu přiblížili. A teď, co nás čeká dál?

Martin: Co nás čeká dál? No, napadá mě jedna věc. Když tělo rozkládá aminokyseliny, vzniká amoniak, který je toxický. Co s ním?

Barbora: Přesně tak, Martine! Tělo potřebuje bezpečný způsob, jak se ho zbavit. A právě k tomu slouží močovinový cyklus. Jsme takzvaně ureotelní organismy.

Martin: A hádám, že za tímhle geniálním řešením stojí zase náš starý známý... Hans Krebs?

Barbora: Ano, objevil ho ještě předtím, než popsal citrátový cyklus. Je to vlastně první objevený metabolický cyklus vůbec.

Martin: Fascinující. Kde přesně se tedy tenhle detoxikační proces odehrává?

Barbora: Hlavně v játrech. Zajímavé je, že cyklus začíná v mitochondriální matrix a pak pokračuje v cytosolu buňky. Je to takový meziprostorový proces.

Martin: Takže to skáče mezi odděleními buňky? A jak to funguje?

Barbora: Přesně tak. V matrixu vznikne z amoniaku a oxidu uhličitého sloučenina zvaná karbamoylfosfát. To je takový aktivovaný balíček, který nese první dusík.

Martin: OK, máme první balíček. A co dál?

Barbora: Ten se spojí s ornitinem za vzniku citrulinu. Citrulin pak vycestuje do cytosolu a tam se na něj naváže druhá aminoskupina z aspartátu. A cyklus se rozjíždí.

Martin: Moment, aspartát? Ten znám z citrátového cyklu. Jsou tyhle dva cykly nějak propojené?

Barbora: Jsou! A to je na tom to nejkrásnější. Říká se tomu Krebsovo kolo na kole, nebo také aspartát-argininosukcinátový zkrat.

Martin: Kolo na kole? Zní to jako metabolický tandem.

Barbora: Přesně! Fumarát, který vznikne v močovinovém cyklu, může vstoupit přímo do citrátového cyklu. Tyhle dráhy spolu úzce komunikují a sdílejí meziprodukty.

Martin: To je geniálně efektivní. Ale musí to být energeticky náročné, ne? Zbavovat se jedu.

Barbora: Je to tak. Syntéza jedné molekuly močoviny stojí tři molekuly ATP. Tedy čtyři vysokoenergetické vazby, protože jedno ATP se štěpí na AMP.

Martin: Páni, to je docela pálka.

Barbora: Zdá se, ale právě díky propojení s citrátovým cyklem se část energie vrací zpět ve formě NADH. Takže celková bilance není tak ztrátová, jak se na první pohled zdá.

Martin: Takže tělo si to chytře kompenzuje. Úžasné. Děkuji za objasnění tohoto životně důležitého cyklu. A co se děje s tím uhlíkatým zbytkem aminokyselin?

Barbora: Skvělá otázka! Právě atomy z některých aminokyselin, jako je glycin nebo aspartát, tělo využívá ke stavbě úplně jiných, ale neméně důležitých molekul. Mluvím o nukleotidech.

Martin: Nukleotidy? To jsou ty základní stavební kameny DNA a RNA, že?

Barbora: Přesně tak! Ale to zdaleka není všechno. Jsou to takové buněčné švýcarské nože. Fungují jako přenašeče energie, třeba ATP, a jsou součástí klíčových koenzymů jako NAD+.

Martin: Páni, takže bez nich by se v buňce nehnul ani list. Doslova.

Barbora: Přesně tak. A buňky si je umí vyrobit buď úplně od nuly, čemuž říkáme syntéza de novo, nebo recyklují staré.

Martin: A jak taková výroba od nuly vypadá? To musí být složité.

Barbora: Začíná to u cukru, konkrétně u ribosa-5-fosfátu. Na něj se postupně nabalují další atomy a vzniká první purinový nukleotid – inosinmonofosfát, neboli IMP.

Martin: Takže IMP je takový společný předek?

Barbora: Ano! Představ si ho jako křižovatku. Z něj pak vedou dvě různé cesty. Jedna k AMP, tedy adenosinmonofosfátu, a druhá k GMP, guanosinmonofosfátu.

Martin: Fascinující, jak je to efektivní. A co ta druhá parta, pyrimidiny?

Barbora: No, pyrimidiny si necháme na příště, Martine. Pojďme se raději podívat na poslední velké téma pro dnešek – jak tělo tráví proteiny, které sníme.

Martin: Super! Takže sním kuřecí steak. Co se stane první?

Barbora: V žaludku se díky hormonu gastrinu uvolní kyselina chlorovodíková. Ta protein nejen denaturuje, tedy rozbalí, ale taky aktivuje pepsinogen na aktivní pepsin.

Martin: A pepsin začne ten steak štípit?

Barbora: Přesně tak! Je to takový první, hrubý řez.

Martin: A co dál, v tenkém střevě?

Barbora: Tam nastupuje celý tým enzymů! Hormony jako sekretin a cholecystokinin dají pankreatu signál a ten pošle posily – trypsin, chymotrypsin a další.

Martin: Takže taková enzymatická speciální jednotka?

Barbora: Přesně! Každý má jinou specializaci a společně rozloží proteiny na jednotlivé aminokyseliny, které se pak vstřebají do krve.

Martin: A to je vše?

Barbora: Ještě máme lysozomální trávení! To jsou takové buněčné recyklační stanice. V kyselém prostředí rozkládají staré organely a proteiny přímo uvnitř buňky.

Martin: Páni. Takže od syntézy purinů až po trávení proteinů, tělo je neuvěřitelně efektivní továrna.

Barbora: Přesně tak. Všechno do sebe krásně zapadá. A to je pro dnešek od nás vše. Děkujeme za poslech!

Martin: Mějte se krásně a slyšíme se u dalšího dílu Studyfi Podcastu!