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Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS BOLILLA 8: Metabolismo de Aminoácidos. Digestión y absorción de Proteínas. Catabolismo de aminoácidos. Transaminación. Desaminación oxidativa y no oxidativa. Descarboxilación. Transporte de amoníaco: síntesis de glutamina. Glutaminasa. Organismos ureotélicos, uricotélicos y amoniotélicos. Ciclo de la urea. Costo energético. Destino del esqueleto carbonado. Aminoácidos cetogénicos y glucogénicos. Compuestos nitrogenados de importancia biológica derivados de aminoácidos. 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 TRANSDESAMINACION TRANSAMINACION Aminoácido a-cetoglutarato NADH + H+ GDH Transaminasa a-cetoácido DESAMINACION OXIDATIVA NAD+ Glutamato + NH4+ Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Desaminación oxidativa del glutamato Glutamato deshidrogenasa Glutamato (+) ADP y GDP (-) ATP y GTP α-cetoglutarato 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 METABOLISMO DE AMINOACIDOS Química Biológica Desaminación no oxidativa COOH3N+ C H CH2OH Serina deshidratasa PLP H 2O H 2O Serina COO H 3N + O + NH4+ C CH3 Piruvato COO- - C H COO- Treonina deshidratasa C O H C OH PLP CH2 CH3 H 2O H 2O CH3 Treonina + NH4+ α-cetobutirato Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Toxicidad del amoníaco Glutamato deshidrogenasa Glutamato α-cetoglutarato (+) ADP y GDP (-) ATP y GTP α-cetoglutarato Ciclo de Krebs ATP 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 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 Formas de excreción del nitrógeno en las diferentes especies animales Ion Amonio Urea Animales amonotélicos: mayoría de vertebrados acuáticos. Acido Urico Animales ureotélicos: muchos vertebrados terrestres y tiburones. Animales uricotélicos: pájaros y reptiles. 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 MDH GOT MDH Fumarasa 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 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS AMINOACIDOS COMO PRECURSORES EN LA BIOSINTESIS DE AMINAS BIOLOGICAS • Muchas de las aminas biológicas formadas por descarboxilación de algunos aminoácidos son sustancias de importancia funcional • Para este proceso de síntesis el organismo utiliza piridoxalfosfato (PLP) como coenzima Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA • Histamina, Tiramina, Triptamina. • Acido g-aminobutirico (GABA) • Catecolaminas (Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina) • Hormonas Tiroideas • Melatonina • Serotonina • Creatina METABOLISMO DE AMINOACIDOS Química Biológica SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Histamina Histidina Tirosina Tiramina Descarboxilasa (PLP) Triptofano Triptamina CO2 GABA Glutamato Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS La histamina posee acción vasodilatadora, disminuye la presión sanguínea, colabora en la constricción de los bronquiolos, estimula la producción de HCl y estimula la pepsina en estómago, se libera bruscamente en respuesta al ingreso de sustancias alérgenas en los tejidos. Tiramina y triptamina son sustancias vasoconstrictoras. El Acido γ-aminobutírico (GABA) es un compuesto funcionalmente muy importante, ya que es un intermediario químico regulador de la actividad neuronal, actuando como inhibidor o depresor de la transmisión del impulso nervioso. Las catecolaminas, Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina, se producen en el sistema nervioso y en la medula adrenal. Son vasoconstrictores en algunos tejidos y vasodilatadores en otros, aumentan la frecuencia cardíaca, son relajantes del músculo bronquial, estimulan la glucógenolisis en músculo y la lipólisis en tejido adiposo. Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Qué sucede con el metabolismo del N2 y aminoácidos en las plantas?? Recordemos como funciona el Ciclo del N2 en la naturaleza… Absorción del nitrógeno por las plantas N2 N2 N2 AAs AAs NO3- N2 N2 NH4+ NH4+ NO3 - AAs NH4+ N2 N2 NO3- Fijación del Nitrógeno en las plantas N2 NH4+ Nódulo radical: bacteria, u otro microorganismo en asociación simbiótica con raíz. Fijación del Nitrógeno en las plantas N2 NH4+ NADH NADPH Nitrogenasa NH4+ Oxidación de CH (Ej. Glu y Fru) NADH NADPH Flavodoxina red. Fijación del Nitrógeno en las plantas COMPLEJO NITROGENASA 16ADP + 16Pi Ferredoxina reducida eFerredoxina oxidada eFe-Proteina reducida N2 +10H+ Fe-Mo-Proteina reducida Fe-Proteina oxidada Fe-Mo-Proteina oxidada 16 ATP e2 NH4+ + H2 AMINOACIDOS PROTEINAS Absorción del nitrógeno por las plantas N2 N2 N2 AAs AAs NO3- N2 N2 NH4+ NH4+ NO3 - AAs NH4+ N2 N2 NO3- La absorción de NO3- esta mediada por un mecanismo de simporte 2H+/NO3 Plantas que no pueden fijar N2 (mayoría de los cultivos excepto leguminosas) Fuentes importantes de nitrógeno: NO3- y NH4+ Citosol NO3- Nitrato reductasa NO2- + H2O NAD(P)H + H+ NAD(P)+ - NO2 + 3H2O + 2H+ Nitrito reductasa LUZ Ferredoxina Cloroplastos o Protoplastidios NH4+ + 2H2O + 1.5 O2 AMINOACIDOS PROTEINAS METABOLISMO DE AMINOACIDOS Química Biológica PEP carboxilasa Aspartato aminotransferasa Asparagina sintetasa (PLP) Proteínas Clorofila Acs. Nucleicos Glutamina sintetasa Glutamato sintasa Ferredoxina red. (cloroplastos) NADH o NADPH (protoplastos) Glutamina y Asparagina son las amidas vegetales importantes para acumular nitrógeno, principalmente en órganos de almacenamiento. METABOLISMO DE AMINOACIDOS Química Biológica Síntesis de aminoácidos (en plantas se sintetizan todos, Inclusive los esenciales) Via de las pentosas P Via de las pentosas P 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).
