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METABOLISMO DEL NITRÓGENO Descomposición por microorganismos Desechos orgánicos Amonificación Compuesto Orgánicos Nitrogenados ANIMALES NH3 Nitrificación Nitrosomonas Nitrosación CICLO DEL NITRÓGENO NO2― NO3― Asimilación Reducción Compuesto Orgánicos Nitrogenados PLANTAS Nitrato reductasa NO2― NH3 HNO Hidroxilamina NH2OH Fijación del Simbiosis planta-bacterias nitrógeno Rhizobium, Azotobacter, N2 Nitrogenasa Nitrobacter Nitratación Ácido hiponitroso Nitrito reductasa Los desechos orgánicos son transformados por los microorganismos del suelo, produciendo amonio o amoniaco, proceso que se conoce como amonificación. El amoniaco de la etapa anterior es oxidado a nitrito por microorganismos del género Nitrosomonas presentes en el suelo de acuerdo con las siguientes reacciones: NH3 + H2O <-------> NH4OH Mono Oxigenasa NH3 + 2H+ + O2 + 2e— ---------------------> NH2OH + H2O Mono Oxigenasa NH4+ + H+ + O2 + 2e— ---------------------> NH2OH + H2O Hidroxilamina óxido-reductasa NH2OH + H2O ---------------------------------> NO2— + 5H+ + 4e— El nitrito es oxidado a nitrato por microorganismos del género Nitrobacter presentes en el suelo de acuerdo con la siguiente reacción: Nitrito óxido-reductasa NO2— + H2O + 2Cit-c(Fe3+) ---------------------------> NO3— + 2H+ + 2Cit-c(Fe2+) El proceso de oxidación del amoniaco hasta nitrato se lleva a cabo en el suelo y es conocido como nitrificación. El nitrato formado es absorbido por las plantas. En la planta, el nitrato es reducido hasta amoniaco, en un proceso que se denomina reducción. En una primera etapa, el nitrato es reducido a nitrito por la enzima nitrato reductasa. Enseguida el nitrito es reducido hasta amoniaco por la enzima nitrito reductasa. El amoniaco es incorporado a moléculas orgánicas mediante dos tipos de reacción, 1) Aminación reductiva, 2) formación de amidas. COO― І CH2 Alfa-cetoglutarato І CH2 І C ═O І COO― COO― І CH2 І CH2 І NH2- C-H І COO― NH3 + H+ + NADH NAD+ + H2O Glutamato deshidrogenasa NH4+ + ATP Glutamina sintetasa ADP + Pi COO― І CH2 І CH2 І NH2- C-H І COO― NH2 ǀ C ═O І CH2 І CH2 І NH2- C-H І COO― Una vez incorporado el nitrógeno a esqueletos hidrocarbonados para producir moléculas orgánicas nitrogenadas, éstas son utilizadas para sintetizar otros aminoácidos, proteínas, vitaminas, nucleótidos, etc., a través de complejas vías metabólicas. Los organismos animales, al ingerir alimentos vegetales, está ingiriendo compuestos orgánicos nitrogenados previamente elaborados por las plantas. Posteriormente, el nitrógeno es utilizado para sintetizar los compuestos nitrogenados propios de las células animales. Al proceso de incorporación del nitrógeno a moléculas orgánicas, tanto en plantas como en animales, se le conoce como ASIMILACIÓN del nitrógeno. Además de las formas previamente mencionadas, las plantas pueden utilizar el nitrógeno en su forma de urea. La urea puede ser absorbida por la planta y, una vez dentro, ser hidrolizada a amoniaco y CO2, o bien, puede ser hidrolizada por la ureasa presente en el suelo (bacteriana) hasta amonio y ácido carbónico (o CO2) y la planta absorbe el amonio. Captación de urea por las plantas O ║ NH2—C―NH2 O ║ NH2—C―NH2 HCO3– H+ + 2H2O 2NH4+ ureasa 2H+ + 2H2O ureasa CO2 + H2O 2NH4+ O O ║ ║ CH3─C ─ C ─O─ NAD+ + Pi Piruvato ADP O ║ CH3─C ─OH CO2 NAD+ NADH O ║ CH3─C ─O−P Ferredoxina reducida Acetilfosfato ATP Ferredoxina oxidada Fe-Proteína reducida Fe-Proteína oxidada Dinitrogenasa reductasa 6Mg 6 Mg-ATP-Fe-Proteína reducida 6 Mg-ADP + Pi 6 Mg-ATP-Fe-Proteína oxidada 6e— Mo-Fe-Proteína Mo-Fe-Proteína reducida oxidada ǀ ǀ Dinitrogenasa FIJACION DEL NITROGENO N2 N2 N2 Mo-FeProteína oxidada 6H+ 2NH3 DIGESTIÓN DE LAS PROTEÍNAS Estómago Aquí inicia la digestión de las proteínas por la acción de la pepsina, una enzima de 33,000 Da que rompe preferentemente los enlaces peptídicos en los cuales se encuentre un aminoácido aromático, metionina o leucina. Secreción pancreática Intestino delgado Quimotripsina Rompe enlaces formados por aminoácidos aromáticos. Tripsina Rompe enlaces del extremo carboxilo de la arginina y la lisina. Carboxipeptidasa A Rompe enlaces del extremo carboxilo terminal cuando el aminoácido es hidrofóbico. Carboxipeptidasa B Rompe enlaces del extremo carboxilo terminal cuando el aminoácido es básico. Secreción intestinal Leucin-Amino-Peptidasa Rompe enlaces del extremo amino terminal. ESQUEMA GENERAL DE LA DEGRADACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS Alanina Cisteína Glicina Serina Treonina Aspartato Asparagina COO― І HO―CH І COO― І CH2 І HO―C―COO― І CH2 І COO― COO― І C═O І CH2 І COO― COO― І Citrato CH ║ C―COO― І CH2 Cis-Aconitato І ― COO Oxalacetato HCH І COO― Piruvato Malato CICLO DE KREBS Acetil-CoA ― Acetoacetil-CoA Fenilalanina Tirosina Lisina Leucina Triptofano COO І CH Fumarato ║ HC І COO― Tirosina Fenilalanina ― COO І CH2 І H―C―H І COO― Succinato COO― І CH2 І H―C―H І C ═O І S-CoA Succinil-CoA COO― І CH2 І Isocitrato HC―COO― І HO–C–H І COO― COO― І CH2 І H―C―H І C ═O α-cetoglutarato І COO― Isoleucina Metionina Valina Arginina Histidina Glutamina Prolina Glutamato La degradación de los aminoácidos se lleva a cabo en dos etapas generales, 1) Pérdida de su grupo amino, y 2) Conversión del esqueleto hidrocarbonado en un intermediario común a una vía metabólica como la glucólisis o el ciclo de Krebs. La eliminación del grupo amino se da por dos mecanismos: 1) Transaminación 2) Desaminación oxidativa Reacción de transaminación H І R―C—NH2 І COOH + R’―C ═ O І COOH R―C ═ O І COOH + H І R’―C—NH2 І COOH Mecanismo de transaminación. Etapa 1: HO H3 C O = C―H ǀ N+ CH2-O-P + H І R―C—N = C―H І COOH H2O H І R―C—NH2 І COOH HO Enzima CH2-O-P H3 C Fosfato de Piridoxal-Enzima N+ Enzima Aldimina-Fosfato de piridoxal-Enzima H ǀ R―C = N —C―H NH2 —CH2 R―C = O І COOH + HO H3 C H2O CH2-O-P І COOH HO H3 C N + Enzima Fosfato de Piridoxamina-Enzima CH2-O-P N+ Enzima Cetimina-Fosfato de piridoxal-Enzima Mecanismo de transaminación. Etapa 2: NH2 —CH2 HO H3 C H2O CH2-O-P N R―C = N—CH2 І COOH + + R―C = O І COOH HO H3 C Enzima Fosfato de Piridoxamina-Enzima + HO H3 C N+ Enzima Cetimina-Fosfato de piridoxal-Enzima En la degradación de la mayoría de los aminoácidos se utiliza al alfacetoglutararo como cetoácido receptor del grupo amino, produciéndose en la etapa 2 de la transaminación el glutamato. H І R―C—NH2 І COOH CH2-O-P O = C―H ǀ N+ CH2-O-P Enzima Fosfato de Piridoxal-Enzima H2O H І R―C—N = C―H І COOH HO H3 C CH2-O-P N+ Enzima Aldimina-Fosfato de piridoxal-Enzima Desaminación oxidativa: El glutamato formado por transaminación puede sufrir una posterior desaminación oxidativa, catalizada por la enzima glutamato deshidrogenasa. NAD+ HOOC―CH2—CH2—CH—COOH ǀ NH2 NADH + H+ HOOC―CH2—CH2—C—COOH ǁ NH H2O NH3 HOOC―CH2—CH2—C—COOH ǁ α-cetoglutarato O O ǁ H2N – C – NH2 CICLO DE LA UREA H2O Arginina H2N-C–NH–(CH2)3-CH-COOH ǁ ǀ +NH NH 2 2 COO― І CH ǁ CH І COO― Fumarato 4 5 H2N–(CH2)3- CH-COOH Ornitina ǀ NH2 1. Carbamil-fosfato sintetasa 2. Ornitin-carbamil transferasa 3. Arginosuccinato sintetasa 4. Arginosuccinato liasa 5. Arginasa COO― І CH2 Arginosuccinato І NH-C–NH–(CH HC — 2)3-CH-COOH ǁ ǀ І ― +NH NH COO 2 2 ADP + Pi 3 ATP OOC - CH2- CH - COO― ǀ Aspartato NH3+ ― OOC - CH2- C - COO― ǁ Oxalacetato O O ǁ H2N – C – OPO32― Carbamilfosfato Pi Citrulina NH3 2ATP + CO2 + NH3 + H2O 1 2 H2N-C–NH–(CH2)3-CH-COOH ǁ ǀ O NH2 ― H2N–(CH2)3- CH-COOH ǀ NH2 NH3 : Procede de la desaminación oxidativa del glutamato. NH3 : Procede de la transaminación del glutamato. H2N-C–NH–(CH2)3-CH-COOH ǁ ǀ O NH2 RELACIÓN ENTRE LA BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS Y OTRAS VÍAS METABÓLICA Ácido fosfoglicérico Ácido p-hidroxipirúvico Serina Glicina Cisteína Eritrosa 4-fosfato GLUCÓLISIS Ácido Pirúvico Ácido shikímico Alanina Triptofano Ácido oxalacético Leucina Fenilalanina Arginina Tirosina Valina Hidroxiprolina Ornitina Prolina Ácido alfacetoglutárico Ácido glutámico
