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Metabolismo de Proteínas y
Aminoácidos
Prof. MV Enrique C. ALMIRON
Bioquímica
2016
Unidad Temática Nº 4: METABOLISMO DE
AMINOÁCIDOS Y PROTEINAS
Reconocer las principales rutas metabólicas en las
que están implicadas las proteínas, los
aminoácidos y las moléculas asociadas o
derivadas y reconocer las estructuras, propiedades
y productos de aminoácidos y bases nitrogenadas
en diferentes especies animales.
Introducción
• Diferencias con glúcidos y lípidos
• Fuentes de Sustancias Nitrogenadas - Balance
Nitrogenado
Introducción
Balance Nitrogenado
Balance Positivo: la ingesta supera a la pérdida
(niños, preñez, etc)
Balance Negativo: la pérdida supera la ingesta
(cáncer, desnutrición, etc)
Introducción
• Diferencias con glúcidos y lípidos
• Fuentes de Sustancias Nitrogenadas - Balance
Nitrogenado
• Digestión
Introducción
Digestión
Enzimas
Hidrolíticas
Proteínas
(dieta)
Absorción
Intestinal
Aminoácidos
AA
(sangre)
Sin modificación
Transformación
Degradación
AA
(tejidos)
Introducción
• Diferencias con glúcidos y lípidos
• Fuentes de Sustancias Nitrogenadas - Balance
Nitrogenado
• Digestión
• Clasificación de los Aminoácidos
Introducción
Destino de AA
Origen
Absorción
Intestinal
Síntesis de
aa (hígado)
AMINOÁCIDOS
Fondo metabólico
Común o “pool de aa.”
Degradación
de Proteínas
Tisulares
Introducción
Destino de AA
Origen
Síntesis de
Proteínas
Absorción
Intestinal
Síntesis de
aa (hígado)
AMINOÁCIDOS
Fondo metabólico
Común o “pool de aa.”
Degradación
de Proteínas
Tisulares
Producción
de Energía
Síntesis de
Compuestos
Nitrogenados
No proteicos
Catabolismo de los Aminoácidos
Separación del grupo amino:
Transaminación
Desaminación
-NH2
NH3
Tóxico
Urea
Hígado
ORINA
Catabolismo de los Aminoácidos
R. de Transaminación
•Transferencia del grupo -amino de un aa a un
-cetoácido.
aminoácido2 + cetoácido1  cetoácido2 + aminoácido1
• Es una reacción reversible.
•Las enzimas catalizadoras utilizan piridoxal fosfato como
coenzima.
• Las transaminasas presentan isoenzimas con diferentes
localizaciones.
Catabolismo de los Aminoácidos
Destino final del grupo amino de aminoácidos
A
R
D
C
F
G
Q
H
I
L
M
S
Y
W
V
Cisteína
Transaminación
-cetoácido + alanina
+ piruvato
+ oxaloacetato
+ -ceto glutarato
-CG
-CG
Transaminación
- cetoácido + aspartato
- cetoácido + glutamato
Desaminación
oxidativa
GLUTAMINA
- ceto glutarato
+
NH3
UREA
Catabolismo de los Aminoácidos
R. de Desaminación de Glutamato
• El - CG es el sustrato más frecuente en las reacciones de
transaminación  Glutamato
• Glutamato: desaminación y oxidación catalizado por la
glutamato deshidrogenasa (enzima de la mitocondrial).
• La misma enzima cataliza la reacción inversa.
• Esta enzima utiliza NAD o NADP como coenzima
• Esta reacción provee la mayor parte del NH3 tisular.
Catabolismo de los Aminoácidos
Catabolismo de los Aminoácidos
Vías Metabólicas del Amoníaco
• Principal fuente de NH3: DO de glutamato
• El Hígado elimina la casi totalidad de NH3
NH4+ + -CG
Glutamato + H2O
• Vías de eliminación de NH3
Sintesis de Glutamina
Síntesis de Urea
Vías Metabólicas del Amoníaco
Síntesis de Glutamina
•El NH3 puede ser unido al ácido glutámico por acción
de la glutamina sintetasa (enzima mitocondrial).
• La reacción es prácticamente irreversible.
• Este mecanismo es especialmente importante
cerebro.
en
•La reacción inversa ocurre por acción de la
glutaminasa (hígado y riñón) y no es la inversión de la
formación de glutamina
Vías Metabólicas del Amoníaco
Síntesis de Glutamina
Vías Metabólicas del Amoníaco
Síntesis de Urea
Vías Metabólicas del Amoníaco
Síntesis de Urea
CO2 +NH3 +4 ~P (3 ATP) +Aspartato +H2O  UREA +2ADP +2Pi +AMP
+PPi + Fumarato
•Los dos nitrógenos de la urea proceden de cualquiera de
los aa que participan en las transaminaciones.
•El NH3 que ingresa en la primera reacción proviene
ppalmente de la desaminación oxidativa del glutamato,
que a su vez lo adquiere por transferencia de otro aa.
•El segundo nitrógeno es introducido por el aspartato y
puede derivar de los aa que transaminan con oxalacetato.
CICLO DE LA UREA
• Reacciones:
• 1. El primer grupo amino que ingresa al ciclo proviene del
amoníaco libre intramitocondrial. El amoníaco producido en las
mitocondrias, se utiliza junto con el bicarbonato (producto de la
respiración celular), para producir carbamoil-fosfato. Reacción
dependiente de ATP y catalizada por la carbamoil-fosfato-sintetasa
I. Enzima alostérica y modulada (+) por el N-acetilglutamato.
• 2. El carbamoil-fosfato cede su grupo carbamoilo a la ornitina,
para formar citrulina y liberar Pi. Reacción catalizada por
laornitina transcarbamoilasa. La citrulina se libera al citoplasma.
33. El segundo grupo amino procedente del aspartato (producido
en la mitocondria por transaminación y posteriormente exportado
al citosol) se condensa con la citrulina para formar
argininosuccinato. Reacción catalizada por la argininosuccinato
sintetasa citoplasmática. Enzima que necesita ATP y produce
como intermediario de la reacción citrulil-AMP.
4. El argininosuccinato se hidroliza por la arginino succinato liasa,
para formar arginina libre y fumarato. El fumarato liberado en una
de las reacciones es intermediario del ciclo de Krebs
5. El fumarato ingresa en el ciclo de Krebs y la arginina libre se
hidroliza en el citoplasma, por la arginasa citoplasmática para formar
urea y ornitina.
6. La ornitina puede ser transportada a la mitocondria para iniciar otra
vuelta del ciclo de la
urea.
En resumen, el ciclo de la urea consta de dos reacciones
mitocondriales y cuatro citoplasmáticas
•
ENERGÉTICA DEL CICLO
• El ciclo de la urea reúne dos grupos amino y un bicarbonato, para
formar una molécula de
urea:
• 1. La síntesis de la urea requiere 4 Pi de alta energía. 2 ATP para
formar el carbamoil - P y un ATP para producir argininosuccinato. En
la segunda reacción el ATP se hidroliza a AMP y PPi, que puede ser
nuevamente hidrolizado para dar 2 Pi.
• 2. Se ha calculado que los animales ureotélicos pierden cerca
del 15% de la energía procedente de los aminoácidos en la
producción de urea.
3. Algunos animales compensan esta perdida (bovinos) por
transferencia de la urea al rumen, donde los microorganismos la
utilizan como fuente de amoníaco para la síntesis de aminoácidos.
Este proceso incluso disminuye el consumo de agua.
La conexión entre ambos ciclos, de la urea y de los ácidos
tricarboxílicos, reducen el coste energético de la síntesis de urea. El
ciclo de la urea conlleva la conversión de oxalacetato en fumarato y
la posterior conversión del fumarato hasta oxalacetato producirá un
NADH, que podrá generar 3 ATP en la respiración mitocondrial, lo que
reduce el coste de la síntesis de urea.
Vías Metabólicas del Amoníaco
Síntesis de Urea
- ENERGÉTICA DEL CICLO
El balance energético del ciclo da como resultado el
consumo de 4 enlaces de alta energía.
Destino del esqueleto carbonado de los aa.
Los aa pueden ser glucogénicos o cetogénicos, ya sea
que participen en la síntesis de glucosa o de cuerpos
cetónicos.
- Aminoácido cetogénicos: acetil-CoA, acetoacetato.
- Aminoácido glucogénicos: piruvato e intermediarios del
C.A.C.. dan lugar a glucosa.
Casi todos los aa no esenciales son glucogénicos, por el
contrario, casi todos los aa esenciales son cetogénicos
Ciclo de Krebs
CONEXIÓN ENTRE LOS CICLOS DE LA
UREA Y DE KREBS
REGULACIÓN DEL CICLO
• La enzima carbamoil-fosfato-sintetasa I es activada
alostéricamente por el N - acetilglutamato que se sintetiza a partir
del acetil-CoA y el glutamato, por la N-acetilglutamato sintetasa;
enzima que, a su vez, es activada por la arginina, aminoácido que se
acumula cuando la producción de urea es lenta.
• En individuos con deficiencias congénitas de enzimas del ciclo,
distintas a la arginasa, el sustrato correspondiente se acumula, lo
que provoca un aumento de la velocidad de la reacción deficiente,
por lo que la velocidad del ciclo se mantiene baja. No obstante se
producen acumulaciones de los sustratos precedentes, hasta el
amoniaco, lo que causa finalmente una hiperamonemia. El cerebro
es particularmente sensible a las [ ] elevadas de amonio.
REGULACIÓN DEL CICLO
TRANSPORTE DEL GRUPO
AMINO DESDE LOS TEJIDOS
HACIA EL HÍGADO
Transporte desde el
músculo:CICLO ALANINAGLUCOSA
El hábitat natural determina la ruta
de excreción del nitrógeno
• La síntesis de urea no es la única ruta, ni siquiera la más
común, para excretar el amoníaco. La base para las diferentes
formas moleculares en que se excretan los grupos amino se
encuentra en la anatomía y en la fisiología de los organismos
en relación con su hábitat natural.
• En los peces óseos (animales amonotélicos), el hígado es el
lugar principal del catabolismo de los aminoácidos. El
amonio producido por transdesaminación se libera
simplemente del hígado a la sangre para su transporte a las
branquias, y es rápidamente eliminado de la sangre a medida
que el agua pasa a través de las branquias. Así pues, los
peces óseos no requieren un complejo sistema urinario.
Los que convierten el nitrógeno amínico en purinas, las cuales se
catabolizan a ácido úrico, un compuesto bastante insoluble que se
excreta en las heces en forma de masa semisólida de cristales de
ácido úrico. Para tener la ventaja de excretar el nitrógeno amínico en
esta forma, las aves y reptiles llevan a cabo un trabajo metabólico
considerable; la ruta desde los grupos amino de los aminoácidos a
las purinas y al ácido úrico es un proceso complejo y que requiere
energía.
Otros mecanismos generales del metabolismo de aa
Descarboxilación: utiliza enzimas que se denominan
descarboxilasas cuya coenzima es el fosfato de
piridoxal.
Genera aminas biogénas y también a los productos de
los procesos de putrefacción de proteínas.
Transferencia de restos monocarbonados: el donante
de metilos es la metionina, a través de la SAM (Sadenosil metionina).
Otros transportadores de grupos monocarbonados son
el ácido THF y la Biotina
Transpeptidación: :utiliza transferasas, las
transfieren aminoácidos entre oligopéptidos.
cuales
Clasificación de Seres Vivos
.......en base al producto final del metabolismo Proteico
Amoniotélicos
Ureotélicos
Uricotélicos