Download Metabolismo de aminoácidos

QUIMICA BIOLOGICA
IA, LCyTA, LBM
Bolilla 7 (IA y LCyTA). Macronutrientes: Proteínas. Proteínas de los alimentos.
Importancia. Digestión de proteínas. Acción de proteasas y peptidasas. Metabolismo
de aminoácidos. Absorción de aminoácidos. Vías generales del metabolismo de
aminoácidos. Degradación de aminoácidos: transaminación y desaminación.
Desaminación oxidativa. Desaminación no-oxidativa. Destino metabólico del amonio
formado. Ciclo de la urea. Destino de las cadenas carbonadas. Aminoácidos
glucogénicos y cetogénicos. Biosíntesis de aminoácidos. Los aminoácidos como
precursores de otras biomoléculas. Modificación de los alimentos: Pardeamiento
enzimático. Fijación de nitrógeno.
BOLILLA 8 (LBM): PROTEINAS Y AMINOACIDOS. Digestión de proteínas. Absorción
de aminoácidos. METABOLISMO DE AMINOACIDOS: Catabolismo del nitrógeno de
aminoácidos. Transaminación. Desaminación oxidativa del glutamato. Desaminación
no oxidativa. Vías metabólicas del amoníaco. Formación de glutamina. Glutaminasa.
Formas de excreción del nitrógeno (amoniotélicos, ureotélicos y uricotélicos).
Formación de urea: Ciclo de la ornitina. Costo energético. Interconexión con el ciclo
de Krebs. Ciclo de la glucosa-alanina. Catabolismo del esqueleto carbonado de los
aminoácidos. Aminoácidos cetogénicos y glucogénicos. Vías metabólicas a
piruvato. Vías del alfa-cetoglutarato, del oxalacetato, de fumarato y acetoacetil CoA.
Biosíntesis de aminoácidos no esenciales. Funciones precursoras de los
aminoácidos. Biosíntesis de aminas biógenas: Adrenalina, Noradrenalina,
dopamina, histamina,triptamina, tiramina, ác. gamma aminobutírico, serotonina.
Síntesis de: Glutatión, creatina, creatinina y óxido nítrico
Fuentes exógenas
Fuentes endógenas
Proteínas de la dieta
(vegetales o animales)
ANIMALES
Proteínas de membranas,
enzimas, hormonas, etc.
Digestión y absorción
Degradación
AMINOACIDOS
Transaminación y/ó Desaminación
Degradación
α - cetoácido
Biosíntesis
amoníaco
NH3
- Proteínas
- Aminoácidos No esenciales
- Constituyentes nitrogenados
no proteicos: purinas, pirimidinas,
porfirinas, ácidos biliares.
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Vías de eliminación del grupo α-amino
- Reacciones de Transaminación
Oxidativa
- Reacciones de Desaminación
No Oxidativa
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Desaminación oxidativa del glutamato
(Mitocondrias de hígado y riñón)
Glutamato deshidrogenasa
Glutamato
(+) ADP y GDP
(-) ATP y GTP
α-cetoglutarato
 Cuando se acumula ATP y GTP en la mitocondria, como consecuencia
de una actividad elevada del ciclo de Krebs, se inhibe la desaminación
del glutamato para no incorporar más α-cetoglutarato al ciclo.
 Por el contrario, cuando aumentan los niveles de ADP y GDP se activa
la enzima y de esa forma se produce NADH que es utilizado para la
síntesis de ATP e ingresa el α-cetoglutarato al Ciclo de Krebs.
TRANSDESAMINACION
TRANSAMINACION
Aminoácido
a-cetoglutarato
NADH + H+
GDH
Transaminasa
a-cetoácido
DESAMINACION OXIDATIVA
NAD+
Glutamato
+
NH4+
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Desaminación oxidativa por
aminoácido oxidasas peroxisomales
L-aminoácido oxidasa
a-cetoácido + NH4+ + E-FMNH2
L-aminoácido + H2O + E-FMN
E-FMNH2 + O2
L-aminoácido oxidasa
E-FMN + H2O2
D-aminoácido oxidasa
a-cetoácido + NH4+ + E-FADH2
D-aminoácido + H2O + E-FAD
D-aminoácido oxidasa
E-FADH2 + O2
2 H2 O 2
E-FAD + H2O2
Catalasa
2 H 2 O + O2
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Vías de eliminación del grupo α-amino
- Reacciones de Transaminación
Oxidativa
- Reacciones de Desaminación
No Oxidativa
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Desaminación no oxidativa
COOH 3N +
C H
CH2OH
Serina
deshidratasa
PLP
H 2O H 2O
Serina
H3N
+
C H
O + NH4+
C
CH3
Piruvato
COO-
-
COO
COO-
Treonina
deshidratasa
C
O
H C OH
PLP
CH2
CH3
H 2O H 2O
CH3
Treonina
+ NH4+
α-cetobutirato
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Metabolismo de aminoácidos
Proteínas intracelulares
Proteínas dietarias
Aminoácidos
NH4+ Esqueleto carbonado
Catabolismo del nitrógeno
de aminoácidos
Biosíntesis de aminoácidos,
nucleótidos y aminas biológicas
Carbamil fosfato
CICLO DE
LA UREA
α-cetoacidos
Interconexión
Aspartatoarginino
succinato
CICLO DE
KREBS
Oxalacetato
UREA
(producto de excreción
del nitrógeno)
Glucosa
(gluconeogénesis)
CO2 + H2O
+ ATP
Origen del amoníaco
• Reacciones de desaminación: oxidativa
y no oxidativas
• Bacterias intestinales y posterior
absorción.
EL AMONIACO Ó ION AMONIO ES TOXICO
DEBE SER ELIMINADO
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Toxicidad del amoníaco
Glutamato deshidrogenasa
Glutamato
(+) ADP y GDP
(-) ATP y GTP
α-cetoglutarato
(+)
NH4
+
Fosfofructoquinasa
α-cetoglutarato
Ciclo de Krebs
(+)
VG
ATP
Lactato
pH
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
¿Cómo el hace el organismo para evitar la
hiperamonemia y transportar el amoníaco hasta los
sitios de eliminación?
Hígado
Mayoría de los tejidos
Glutamato
Glutamina
sintetasa
Glutamina
Músculo
UREA
Glutamato
Aminoácidos
Glutaminasa
Glutamato
deshidrogenasa
(GDH)
Glutamina
GPT
GPT
Piruvato Alanina
Gluconeogenesis
Glucosa
Alanina
Piruvato
CICLO GLUCOSAALANINA
Glucosa
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Formas de excreción del nitrógeno en
las diferentes especies animales
Ion Amonio
Urea
Animales
amonotélicos: mayoría
de vertebrados
acuáticos.
Animales ureotélicos:
muchos vertebrados
terrestres (incluido el
hombre) y tiburones.
Acido Urico
Animales uricotélicos:
pájaros y reptiles.
En el hombre:
Urea compuesto no tóxico y muy soluble.
A nivel renal parte del amoníaco se excreta como ión amonio siendo muy importante
este mecanismo para el mantenimiento del equilibrio ácido-base.
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Glutaminasa
L-Glutamina
Molécula pequeña
Sin carga
Atóxica
Difusible
Soluble
Elimina NH3 y CO2
Glutaminasa
(mitocondrias de
hígado y riñón)
L-Glutamato
Extraído de Lehninger, 2008.
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Ciclo de la Urea
Mitocondria
(+) N-acetilglutamato
Mg2+
Mg2+
Citosol
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
REGULACION DEL CICLO DE LA UREA
Regulación a corto plazo
Regulación a largo plazo
Carbamil fosfato
sintetasa I
Biosíntesis de
las enzimas
del ciclo
(+) N-Acetil
glutamato
(+) Aumento proteínas
de la dieta
(+) Aumento
degradación proteínas
endógenas (Inanición )
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
GASTO ENERGETICO DEL CICLO DE LA UREA
• Formación de Carbamilfosfato: 2 ATP
• Ingreso de Aspartato: 1 ATP
AMP + PPi
2 Pi
EN TOTAL: 4 uniones ricas en energía ó 3 ATP
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Interconexión del Ciclo de la Urea
con el Ciclo de Krebs
Fumarasa
MDH
GOT
MDH
Fumarasa
3 ATP
Química Biológica
• Existen defectos genéticos en
diferentes enzimas del ciclo de la
Urea que llevan a una incapacidad
para convertir amoníaco en urea
Hiperamoniemias, Citrulinemia,
Argininemia y otras.
• Los pacientes que tienen alguna de
estas patologías no pueden tolerar
dietas ricas en proteínas.
• En estos casos para suplementar los
aminoácidos esenciales se incluyen
en la dieta los a-cetoácidos
análogos que constituyen la parte
esencial de estos aminoácidos.
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Catabolismo de aminoácidos
Proteínas intracelulares
Proteínas dietarias
Aminoácidos
NH4+ Esqueleto carbonado
Catabolismo del nitrógeno
de aminoácidos
Biosíntesis de aminoácidos,
nucleótidos y aminas biológicas
Carbamil fosfato
CICLO DE
LA UREA
α-cetoacidos
Interconexión
Aspartatoarginino
succinato
CICLO DE
KREBS
Oxalacetato
UREA
(producto de excreción
del nitrógeno)
Glucosa
(gluconeogénesis)
CO2 + H2O
+ ATP
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
DESTINO DEL ESQUELETO CARBONADO DE LOS AAs.
Según el destino que siga el esqueleto carbonado, luego de la
separación del grupo amino, los aminoácidos se clasifican en:
•
•
•
Cetogénicos: son precursores de cuerpos cetónicos
a través de la formación de acetoacetato y acetilCoA.
Glucogénicos: son precursores de intermediarios
de la gluconeogénesis aportando piruvato,
oxalacetato, fumarato, succinilCoA o acetoglutarato.
Glucogénicos y cetogénicos: parte de su molécula
es cetogénica y parte es glucogénica.
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Cuerpos
cetónicos
Ciclo de
Krebs
Glucosa
Treonina
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Cuerpos
cetónicos
Ciclo de
Krebs
Glucosa
Treonina
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
ALDH
CoA-SH + ATP Acetato
FADH2
ADP
Acetato
tioquinasa
Acetil-CoA
Treonina
Aldolasa
FAD+
Ser-HO-metil
transferasa
Serina
deshidratasa
PDH
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Cuerpos
cetónicos
Ciclo de
Krebs
Glucosa
Treonina
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Cuerpos
cetónicos
Ciclo de
Krebs
Glucosa
Treonina
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Asparaginasa
Aspartato
aminotransferasa
o GOT
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Cuerpos
cetónicos
Ciclo de
Krebs
Glucosa
Treonina
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Cuerpos
cetónicos
Ciclo de
Krebs
Glucosa
Treonina
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Fenilalanina
hidroxilasa
Transaminación
Descarboxilación
Oxidación
Hidrólisis
Tioquinasa
H4B
O2
4 etapas
Fenilalanina
hidroxilasa
Tirosinasa
Homogentísico
oxidasa
MAO: monoaminooxidasa – COMT: catecol-O-metil transferasa
Fenilcetonuria
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Bibliografía
1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007).
2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008).
Bibliografía Complementaria
1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).
2- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994).
3- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med.
Panamericana,(2006), Madrid, España.
4- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed.,
Barcelona (2010).