PROTEINAS - quimicabiologicaunsl
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Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos PROTEINAS La palabra proteína deriva del griego Proteous que significa Primera Clase, poniéndose de manifiesto su importancia biológica. Las proteínas se sintetizan en los ribosomas y luego de sufrir modificaciones enzimáticas, la mayoría de las mismas son transportadas al citoplasma. Las proteínas cumplen un papel fundamental en los sistemas biológicos y son una de las principales fuentes nutricionales de los animales superiores. Intervienen en procesos químicos y bioquímicos que mantienen la vida de la célula. Las más abundantes y primeras en el orden de importancia son las enzimas, que actúan como catalizadores biológicos en diferentes reacciones de síntesis y degradación, ya sea de otras proteínas como así también de lípidos y carbohidratos Por otro lado, las proteínas cumplen una importante función en el aporte de los aminoácidos necesarios para la síntesis de compuestos nitrogenados no proteicos y además pueden servir como fuente de energía aunque ésta no sea su principal función. Existen en todos los seres vivos proteínas que tienen la función de transporte de diferentes sustancias: gases, iones, lípidos, glúcidos, etc. Otras funciones importantes de las proteínas son: protección y sostén, defensa, participación en los movimientos celulares, en regulación, etc. Estas biomoléculas son polímeros complejos constituidos por 20 aminoácidos diferentes, repetidos cientos de veces, unidos entre sí por enlaces amidas. Estos aminoácidos a su vez sufren modificaciones en su cadena lateral aumentando aún mas el número de aminoácidos que forman parte de las proteínas. Pueden tomar distintas formas estructurales y pueden asociarse a lípidos y carbohidratos. Todas estas diferencias permiten la existencia de un sinnúmero de proteínas cada una de las cuales cumplen una función biológica diferente. Las proteínas utilizadas para la alimentación humana deberán ser fácilmente digestibles, no tóxicas, nutricionalmente adecuadas, funcionalmente útiles y de buen sabor (paladables). Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos Clasificación de las proteínas Existen varias formas de clasificar a las proteínas, una de ellas es de acuerdo al tipo de estructura predominante, en este caso se dividen en dos grandes grupos: Proteínas globulares y Proteínas fibrosas. Las proteínas globulares son las más complejas, tienen además de una estructura secundaria (-hélice u hoja plegada ) estructuras terciarias que contienen varios tipos de estructuras secundarias en la misma cadena polipeptídica, ejemplos de ella son la hemoglobina, mioglobina, albúmina, etc. En tanto que las proteínas fibrosas tienen principalmente estructura secundaria, formando láminas o varillas, ejemplos de ellas son: -queratina, colágeno, fibroína de la seda. También se pueden clasificar las proteínas teniendo en cuenta si las mismas se encuentran unidas (conjugadas)) con otros compuestos, denominándose a este grupo heteroproteínas para diferenciarlas de las homoproteínas ó proteínas no conjugadas. A su vez las Heteroproteínas se las pueden clasificar según el compuesto con el que se conjugan en: a) Nucleoproteínas: Proteínas ribosomales (proteína + nucleótidos) b) Glicoproteínas: K-caseína ú ovalbúmina (proteína + carbohidratos) c) Fosfoproteínas: -caseína, quinasas y fosforilasas (proteína + fosfatos). d) Metaloproteínas: Son proteínas que necesitan un ión metálico para poder cumplir su función biológica, por Ejemplo Hemoglobina (Hierro) y mioglobina (Hierro), Citocromo oxidasa (Cu, Fe). e) Lipoproteínas: Proteínas unidas a lípidos, por ejemplo las proteínas de la yema de huevo, las proteínas plasmáticas que transportan lípidos. Propiedades nutricionales de las proteínas Para satisfacer las necesidades de nitrógeno y aminoácidos de los animales superiores es necesario consumir alimentos con un contenido proteico no menor al 3 %, siendo Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos importante tener en cuenta la calidad de las proteínas que forman parte del mismo. Esta calidad está relacionada con su composición en aminoácidos esenciales y su digestibilidad. Las proteínas de alta calidad son las que contienen todos los aminoácidos esenciales y una digestibilidad similar a las proteínas de la clara de huevo o de la leche. Las proteínas animales son de mejor calidad que las de origen vegetal. La cantidad de aminoácidos y el valor nutritivo de ciertas proteínas presentes en los alimentos se encuentran detallados en tablas, en las que figuran la cantidad de aminoácidos en mg/g de proteína, el % de contenido proteico, el valor biológico, etc. Las proteínas de cereales suelen ser pobres en lisina y en ocasiones carentes de triptofano y treonina. Las semillas de oleaginosas y frutos secos son deficientes en metionina y lisina, las leguminosas carecen de metionina. Aquellos aminoácidos esenciales para los cuales es mayor el déficit respecto a las necesidades del organismo se los denomina “aminoácidos limitantes”. La digestibilidad de las proteínas está relacionada a: a) Conformación de las proteínas, b) Capacidad de fijar metales, polisacáridos, etc. que disminuyen su digestión c) Tamaño y área superficial, d) Procesado, la temperatura elevada, el pH alcalino, la presencia de carbohidratos reductores, disminuyen la digestibilidad, e) Presencia de factores antinutritivos, tales como: inhibidores de tripsina y quimotripsina, etc. La clara de huevo cruda contiene una proteína, llamada avidina que impide la absorción de la biotina en el intestino, por lo que se debe consumir preferentemente cocida. La biotina es considerada una vitamina, y su importancia radica en que interviene en importantes reacciones actuando como transportador de CO 2. La avidina se desnaturaliza por el cocimiento y pierde su actividad facilitando la absorción de la vitamina. Esta vitamina se encuentra en muchos alimentos y también es sintetizada por las bacterias intestinales. Las proteínas, pueden cambiar sus propiedades organolépticas y su digestibilidad cuando son hidrolizadas o degradadas. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos Proteínas alimentarias y su relación con procesos alérgicos Si bien depende de las características individuales, ciertos alimentos pueden causar reacciones alérgicas por presencia de algunas proteínas presentes en los mismos. La intolerancia al gluten (una proteína que se encuentra en el trigo) es un trastorno intestinal (enfermedad celíaca) que se da generalmente en niños de poca edad. Por otro lado en la leche de vaca se encuentran proteínas capaces de causar reacciones de este tipo. Otros alimentos que poseen proteínas pueden actuar como alergenos, en orden de importancia están: los frutos secos (almendras, castañas, avellanas, nueces, maníes), ciertas frutas, las legumbres (incluida la soja), los huevos, los crustáceos (cangrejo, langosta, cigala y langostino), el pescado, las verduras, algunas semillas (sésamo, girasol, algodón, amapola y mostaza). A través de diferentes tratamientos: térmicos ó por degradación enzimática, se desnaturaliza la proteína y se logra disminuir o suprimir este efecto. También se pueden eliminar los alérgenos de los aceites mediante el refinado. En los productos fermentados, como en el yogur y en los quesos, la estructura de las proteínas lácteas no cambia demasiado y por ello, conservan su alergenicidad. Los vinos, ciertos productos fermentados, ciertos tipos de túnidos (sardinas, atún, etc.), sufren reacciones de oxidación y descarboxilación, que dan lugar a la producción de aminas biógenas (hipertensoras ó hipotensoras), entre ellas la histamina, la putrescina o la cadaverina, que producen reacciones alérgicas en individuos sensibles y en personas que consumen diuréticos o antidepresivos (inhibidores de las enzimas detoxificantes). Las células poseen un sistema enzimático en el cual actúan enzimas denominadas monoaminooxidasas (MAO) que son capaces de degradar las aminas biógenas que tienen capacidad de producir reacciones alérgicas en el organismo. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS INTRODUCCION Los aminoácidos desempeñan muchas funciones importantes en los seres vivos ya que participan en la biosíntesis de muchos compuestos nitrogenados tales como: nucleótidos (púricos y pirimidínicos); hormonas (tiroxina y adrenalina); coenzimas, porfirinas, etc. Además los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas. Estas moléculas extraordinarias cumplen diferentes funciones dependiendo del tejido y de la ubicación celular, por ejemplo: estructurales (colágeno o elastina); funcionales (miosina del músculo, hemoglobina); protectoras (queratina del pelo y uñas); catalíticas (enzimas), anticuerpos, etc. El metabolismo de los aminoácidos se halla en estado dinámico, al igual que el de los hidratos de carbono y lípidos. Los aminoácidos que forman parte de la reserva metabólica del organismo tienen dos orígenes: exógeno y endógeno. Los de origen endógeno constituyen las 2/3 partes y corresponden a las proteínas tisulares que están en constante recambio metabólico. Los de origen exógeno provienen de las proteínas contenidas en los alimentos y constituyen el tercio restante. El recambio de las proteínas puede ocurrir por varias causas: a) porque la proteína ha cumplido su ciclo vital, b) porque ha sufrido un efecto deletéreo que provoca la destrucción de la misma ó c) en caso de ciertas enfermedades en las cuales la célula debe utilizar proteínas para cumplir funciones energéticas. Toda proteína tiene una vida media determinada tras la cual se destruye por diferentes tipos de mecanismos en los cuales intervienen enzimas proteolíticas. Así por ejemplo, las proteínas que forman parte de membranas tienen una vida media de meses mientras que aquellas que cumplen funciones de regulación ó señalización tienen una vida media corta, de minutos u horas. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos En ciertas situaciones de estrés las proteínas sufren transformaciones como por ejemplo oxidaciones que provocan su destrucción. En estados de inanición ó enfermedades como la diabetes, se degradan proteínas para ser utilizadas por la célula como fuente de energía. Cuando los aminoácidos no son utilizados para la biosíntesis o en algunas condiciones metabólicas particulares; como es el ayuno prolongado o la diabetes mellitus; pueden experimentar degradación. De esta manera, sus grupos amino se eliminan como urea ó amonio y los esqueletos carbonados convergen en el ciclo de Krebs. En los organismos, el 90% de las necesidades energéticas son cubiertas por los hidratos de carbono y las grasas. El 10% al 15% restante es proporcionado por la oxidación de los aminoácidos. Los seres humanos requieren el aporte 10 de aminoácidos preformados sobre los 20 requeridos para sus proteínas, por ser incapaz de sintetizarlos. Estos aminoácidos se denominan esenciales. Cuando un alimento es deficiente en uno ó más de estos aminoácidos puede aumentarse su valor nutritivo por el agregado de los mismos. Los aminoácidos esenciales que se encuentran en baja concentración respecto a la requerida en una determinada proteína se lo denominan aminoácidos limitantes. Generalmente las proteínas animales y vegetales suelen tener concentraciones adecuadas de histidina, isoleucina, leucina, fenilalanina y triptofano mientras que, son aminoácidos limitantes, lisina, treonina, triptofano ó los aminoácidos sulfurados. La calidad nutritiva de una proteína deficiente en un aminoácido esencial puede mejorarse mezclándola con otra proteína rica en ese aminoácido esencial. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos Aminoácidos esenciales Aminoácidos no esenciales Leucina Treonina Alanina Glutamina Isoleucina Triptofano Asparragina Glicina Lisina Valina Ac.aspártico Prolina Metionina Arginina Cisteína Serina Fenilalanina Histidina Glutamato Tirosina Fig. 1: Clasificación de aminoácidos esenciales y no esenciales Digestión y absorción de proteínas A diferencia de los hidratos de carbono y lípidos una parte significativa de la digestión de proteínas tiene lugar en el estómago. Al llegar las proteínas al estómago, se libera la hormona gastrina, la cual estimula la secreción de ácido clorhídrico (desde las células parietales de la mucosa gástrica) y de pepsinógeno (de las células principales). Las células parietales también son activadas por acetilcolina e histamina, siendo ésta última el mas potente estimulador de dichas células. El pepsinógeno, es un precursor inactivo que, por la acidez del jugo gástrico, pierde 42 aminoácidos del extremo amino terminal y se convierte en la enzima activa denominada pepsina. Esta reacción de activación también ocurre autocatalíticamente por la misma pepsina. NH2 Pepsinógeno -NH2 H Cl Pepsina + + -NH2 resto 42 aac. pH 1,5-2,5 Proenzima Enzima activa Fig. 2: Esquema de la hidrólisis del zimógeno Pepsinógeno y la formación de Pepsina. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos La pepsina hidroliza en forma preferencial los enlaces constituidos por el grupo amino de los aminoácidos aromáticos triptofano, fenilalanina y tirosina. Digestión pancreática e intestinal A medida que el contenido ácido del estómago pasa al intestino, el bajo pH provoca la liberación de la hormona secretina en sangre, la cual estimula al páncreas para la producción de bicarbonato, que se vuelca al intestino y neutraliza el pH ácido y lo aumenta desde 1,5-2,5 hasta aproximadamente 7,5. La digestión de proteínas se completa en el intestino delgado gracias a enzimas proteolíticas elaboradas por las células exócrinas del páncreas las cuales son volcadas a la luz intestinal en forma de proenzimas, también denominados zimógenos. La enteroquinasa secretada por las células de la mucosa intestinal, desencadena el proceso de activación de los zimógenos. La síntesis de los compuestos en forma inactiva protege a las células exócrinas del ataque proteolítico que las destruiría. El páncreas se protege también contra la autodigestión porque elabora un inhibidor de tripsina. El tripsinógeno, principal enzima digestiva del intestino, se convierte en tripsina activa al liberarse un hexapéptido del extremo amino terminal. Tripsina hidroliza enlaces peptídicos cuyos grupos carbonilo son de lisina y arginina. Quimotripsina (otra endopeptidasa) se forma a partir de quimotripsinógeno por acción de tripsina. Hidroliza los enlaces peptídicos en que intervienen principalmente grupos carboxilos de fenilalanina, tirosina, triptofano. Tanto tripsina como quimotripsina hidrolizan los polipéptidos resultantes de la acción de pepsina en el estómago y originan péptidos más pequeños. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos La degradación de los péptidos cortos en el intestino delgado se completa a continuación por las carboxipeptidasas, que contienen Zn++ y que se sintetizan en el páncreas también como zimógenos. Las carboxipeptidasas, son exopeptidasas que eliminan restos carboxilos terminales de péptidos. Mediante un esquema se puede visualizar mejor el proceso de digestión intestinal y la activación de las enzimas proteolíticas pancreáticas. Tripsinógeno Enteroquinasa Tripsina Quimotripsinógeno Quimotripsina Procarboxipeptidasas AyB Carboxipeptidasas AyB Proelastasa Elastasa Fig. 3: Esquema del proceso de activación intestinal de las enzimas pancreáticas durante la digestión intestinal. Existen algunas proteínas resistentes a la digestión, como algunas proteínas contenidas en los granos de cereales los cuales están recubiertos por celulosa, al no poseer el organismo humano celulasa, el grano no se rompe impidiendo la accesibilidad de las enzimas sobre las proteínas que se encuentran dentro del mismo. Absorción de los aminoácidos Una vez hidrolizadas las proteínas hasta su componente estructural, los aminoácidos o pequeños péptidos, deben absorberse para que las distintas células del organismo puedan utilizarlos. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos Dicha absorción se realiza en el intestino delgado mediante mecanismos de transporte mediado activo que requieren ATP y proteínas transportadoras específicas. Estas proteínas transportadoras, sin embargo, no son específicas para un aminoácido en particular sino para grupos de aminoácidos, actualmente se conocen cuatro clases de transportadores los cuales son específicos para el transporte de los aminoácidos correspondientes: a) aminoácidos neutros; b) aminoácidos básicos y cisteína, c) aminoácidos acídicos y d) iminoácidos y glicina. Además hay una fracción de aminoácidos que se absorben por difusión pasiva. Los aminoácidos absorbidos son transportados como aminoácidos libres por la sangre principalmente hacia el hígado, que es el sitio primario del metabolismo de los aminoácidos y a otros órganos o tejidos para su utilización. Los aminoácidos no utilizados en la formación de las diversas proteínas orgánicas, pueden ser convertidos en otros compuestos nitrogenados esenciales ó degradarse para obtener compuesto carbonados de interés, como glucosa, o para generar energía, en este último caso se oxidan completamente hasta dióxido de carbono y agua. En algunos individuos, pequeñas cantidades de proteínas intactas pueden ser absorbidas a través de algunas barreras epiteliales. Esto puede conducir a la formación de anticuerpos contra la proteína “extraña” produciendo reacciones anafilácticas de modo que explicarían las alergias comunes a las proteínas de los alimentos. En el siguiente esquema se resumen las principales fuentes de aminoácidos y las diferentes vías metabólicas que pueden seguir. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos Fuentes exógenas Fuentes endógenas (aprox.70 g/ día) (aprox. 140 g/ día) Proteínas de la dieta Proteínas tisulares (enzimas, hormonas proteicas, etc) Digestión y absorción Degradación AMINOACIDOS Transaminación y/ó Desaminación Degradación Biosíntesis Aminoácidos No esenciales α - cetoácidos Amoníaco Glucosa Urea Oxidación Acetil CoA Cuerpos cetónicos Proteínas Constituyentes nitrogenados no proteicos: purinas, pirimidinas, creatina, niacina, porfirinas, colina, epinefrina ácidos biliares tirosina, melanina, productos de desintoxicación, etc. Excreción renal Ciclo del ácido cítrico CO2 + H2O + ATP Fig. 4: Esquemas de las principales fuentes de aminoácidos y sus destinos metabólicos. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos Degradación de proteínas endógenas Las proteínas endógenas cuando han cumplido su ciclo vital o sufren alteraciones por compuestos tóxicos, como radicales libres, metales pesados, etc., se degradan. El Ciclo vital depende de la vida media de la proteína; por ejemplo existen proteínas de vida media corta (hormonas, antígenos, etc.) y otras de vida media larga (proteínas estructurales). Una vez degradadas, sus aminoácidos pasan a formar parte de la reserva de aminoácidos del organismo. La degradación de proteínas endógenas se producen por la acción de proteasas intracelulares, entre las más importantes se pueden citar: a) Proteasas lisosomales ó catepsinas: Son hidrolasas que actúan a pH ácido. Hidrolizan principalmente proteínas extracelulares ingresadas por endocitosis, proteínas citosólicas de vida media larga. b) Proteasomas: Son complejos multienzimáticos con actividad proteásica que degradan proteínas de vida media corta. c) Calpaínas: Son proteasas citosólicas activadas por calcio. Catabolismo de los aminoácidos Las plantas y las bacterias pueden sintetizar la mayoría de sus aminoácidos y regular las vías anabólicas de tal manera que rara vez se producen excesos que lleven a la degradación de los mismos con el fin de utilizar sus esqueletos carbonados como reserva metabólica. Muchas bacterias pueden satisfacer sus necesidades de nitrógeno y carbono a partir de un único aminoácido. Los animales carecen de esta posibilidad. El catabolismo o degradación de los aminoácidos permite a la célula la utilización de sus esqueletos carbonados para la posterior conversión en otros metabolitos (glucosa por gluconeogénesis, cuerpos cetónicos por cetogénesis ó para la síntesis de ácidos grasos en caso de exceso). Además los aminoácidos pueden oxidarse a través de una Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos serie de reacciones enzimáticas que forman parte del denominado Ciclo de Krebs, en el cual se produce CO2, H2O y ATP. En todos los casos esta primera etapa consiste en la pérdida del grupo -NH2 de los aminoácidos, el cual es transferido a otro compuesto o transformado en un producto soluble que se excreta fácilmente por orina. La eliminación del grupo amino de los aminoácidos se lleva a cabo por dos reacciones metabólicas acopladas: transaminación y desaminación oxidativa. Reacción de Transaminación. Esta es la principal reacción de la que participan casi todos los aminoácidos con la posible excepción de lisina y treonina. Como lo indica su nombre, en las reacciones de transaminación ocurre la transferencia de un grupo amino desde un -aminoácido dador a un -cetoácido aceptor. Las enzimas que catalizan estas reacciones se denominan aminotransferasas o transaminasas. Estas enzimas son de naturaleza ubicua, están presentes tanto en el citosol como en las mitocondrias de las células de todos los seres vivos, animales y vegetales. Cuando ocurre una reacción de transaminación se obtiene como producto un nuevo aminoácido con la cadena carbonada del cetoácido aceptor y un cetoácido proveniente del aminoácido que ha perdido su grupo amino. El -cetoglutarato es el aceptor de grupos amino de la mayoría de los aminoácidos, se convierte en L-glutamato y es empleado para canalizar estos grupos amino hacia otras rutas metabólicas o hacia su eliminación, ya sea como ión amonio o como urea. Las transaminasas o aminotransferasas requieren como grupo prostético el fosfato de piridoxal (Vitamina B6) el cual actúa como transportador de los grupos amino, oscilando entre su forma aldehído (fosfato de piridoxal) y su forma aminada (fosfato de piridoxamina)-Fig. 4-. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos P O 3 O P O 3 O F o s f a to d e p ir id o x a l C H 2 O = C - C H 2 N H H N C H 22 H O H C H 3 N H Fig. 5: Estructura química del fosfato de piridoxal y del fosfato de piridoxamina O H C H 3 Las reacciones de transaminación en las que interviene el fosfato de piridoxal son a ] desplazamiento también conocidas como reacciones tipo ping-[ b ] reacciones de[ doble pong. En estas reacciones el aminoácido entrante se une al sitio activo de la enzima, cede su grupo amino al fosfato de piridoxal y se libera de la enzima en forma de cetoácido. A continuación el -cetoácido entrante se une al sitio activo, acepta el grupo amino del fosfato de piridoxamina y se desprende como un nuevo aminoácido (Fig. 6). R1 R1 + H - C - NH3 + O = C - B6 E COO - H Aminoácido entrante 1 R2 C=O + H3N - CH2 - B6 E COO Cetoácido 1 saliente R2 + C=O + H3N - CH2 - B6 E H - C - NH3 + O = C - B6 E COO- COO Cetoácido entrante 2 H Aminoácido saliente 2 Fig. 6: Mecanismo general de la reacción de transaminación En las reacciones de transaminación se observa que no hay una desaminación neta, es decir, una liberación del grupo amino como tal, lo que ocurre es una transferencia del Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos mismo para formar un nuevo aminoácido. Las reacciones son reversibles con una constante de equilibrio de aproximadamente igual a 1 (uno), el esquema general del mecanismo de reacción se ilustra en la figura 6. Las reacciones de transaminación más conocidas por su importancia clínica, pero que sin embargo ocurren en todos los organismos para la síntesis ó degradación de aminoácidos son las siguientes: COO HC - CH 3 NH2 L-alanina COOH COO (CH)22 - COOH + HOOC - C GPT O ALT -cetoglutarato COOH GOT CH2 (CH)22 -OOC - CH + HOOC - C NH2 O L-aspartato -cetoglutarato HC - CH 3 (CH)22 - COOH + HOOC - CH O NH2 piruvato L-glutamato COOH COOH (CH)22 CH2 -OOC - CH + HOOC - C AST O NH2 oxalacetato L-glutamato Fig. 7: Reacciones de transaminación catalizadas por la glutámico pirúvico transaminasa (GPT) y la glutámico oxalaceticotransaminasa (GOT) El nombre específico de la enzima que cataliza la primera reacción es alanina aminotransferasa (ALT), sin embargo comúnmente se denomina Glutámico Pirúvico Transaminasa (GPT). La segunda reacción es catalizada por la enzima aspartato aminotransferasa (AST) o más comúnmente Glutámico Oxalacético Transaminasa (GOT). Desaminación oxidativa El L-glutamato que contiene los grupos aminos provenientes de las reacciones anteriormente descriptas ingresa a la mitocondria a través de transportadores y puede Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos eliminar el grupo amino proveniente del aminoácido inicial a través de una reacción de desaminación oxidativa, que se considera como la principal vía de salida del amoníaco. L-Glutamato + NAD+ (NADP+) + H2O -Cetoglutarato + NADH (NADPH) + NH4+ + H+ La reacción es reversible y es catalizada por la enzima L-glutamato deshidrogenasa que en el sentido que está planteada requiere NAD+ como coenzima mientras que en el sentido inverso, que permite la síntesis de L-glutamato a partir del cetoácido αcetoglutarato, utiliza NADPH. La enzima L-glutamato deshidrogenasa es una enzima mitocondrial muy activa en hígado y riñón. En el primero el grupo amino ingresa al ciclo de la urea eliminándose como urea y en el segundo se elimina como ión amonio interviniendo en el mantenimiento del pH sanguíneo. La enzima L-glutamato deshidrogenasa es la mas activa de las deshidrogenasas en la mayor parte de los organismos. Es una enzima alostérica, modulada negativamente por ATP y GTP y positivamente por ADP y GDP. 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 -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. El mecanismo general de desaminación de los aminoácidos, resultante del acoplamiento de las dos enzimas: transaminasa y glutámico deshidrogenasa se denomina transdesaminación (Fig. 8): Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos - cetoglutarato Aminoácido 1 + + NH3 + NADH transaminasa Glutámico deshidrogenasa (PPL) + NAD+ -cetoácido 1 + L-glutamato Fig. 8: Esquema del mecanismo de transdesaminación (transaminación y desaminación oxidativa) Transporte de los grupos aminos de los aminoácidos El amoníaco producido permanentemente en los tejidos, es transportado hacia el hígado bajo la forma de un compuesto, no tóxico, la glutamina, que puede atravesar con facilidad las membranas celulares por ser una molécula neutra (glutamato, en cambio posee una carga eléctrica). La reacción es catalizada por una enzima mitocondrial, muy abundante en tejido renal, denominada glutamina sintetasa la cual requiere energía en forma de ATP. L-glutamato + H3N+ + ATP glutamina sintetasa L-Glutamina + ADP + Pi Fig. 9: Reacción de biosíntesis de glutamina La glutamina, puede ser considerada como una forma temporaria y atóxica de almacenamiento y transporte de amoníaco en el hombre. La reacción que cataliza la enzima glutamina sintetasa es irreversible de modo que para poder eliminar el Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos amoníaco se necesita de la acción de otra enzima denominada glutaminasa, muy activa en las células del riñón y también en hígado. La glutaminasa es una enzima mitocondrial que cataliza la siguiente reacción de hidrólisis: L-glutamato + NH4+ Glutamina + HOH glutaminasa Excreción de amoníaco La forma de excreción del amoníaco está relacionada con el habitad de cada tipo de organismo. Teniendo en cuenta el producto de excreción del amoníaco se clasifica a los distintos seres vivos en: ureotélicos, amonotélicos y uricotélicos. Al hombre y animales terrestres se los denomina ureotélicos porque eliminan la mayor parte del amoníaco bajo la forma de 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. Las células de los túbulos renales producen amoníaco (se forma a partir de aminoácidos intracelulares, especialmente glutamina) el cual es eliminado por orina. Además del amoníaco formado en los tejidos, una cantidad considerable es producida por las bacterias intestinales a partir de las proteínas de la dieta .Este amoníaco se absorbe y pasa a la sangre portal. Normalmente el hígado elimina el amoníaco de la sangre portal, de tal manera que la sangre periférica está exenta del mismo. Esto es esencial ya que cantidades muy pequeñas de amoníaco son tóxicas para el SNC, produciendo temblor, visión borrosa y en los casos más graves, coma y muerte. Se cree que la toxicidad deriva de la entrada del NH3 a las mitocondrias de las células nerviosas, conduciendo a la reversibilidad de la reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa hacia la formación de glutamato a partir de -cetoglutarato. El resultado neto es que el -cetoglutarato desaparece ó disminuye la disponibilidad del mismo en el ciclo de Krebs, disminuyendo la velocidad de oxidación de glucosa, que es el combustible principal del sistema nervioso central. Cuando la función hepática está Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos disminuida por diversos motivos, es posible que el NH3 alcance niveles tóxicos en la circulación general. Formación de Urea. Ciclo de la ornitina-urea de Krebs-Henseleit Por un mecanismo cíclico, el amoníaco resultante de la desaminación oxidativa del glutamato (proceso que ocurre en casi todos los tejidos), se convierte en el hígado en urea que luego por vía sanguínea llega a los riñones y se excreta por orina (Fig. 10). Aminoácidos Citosol Transaminación a Transaminación Con -cetoglutarato Oxalacetato Glutamina Glutamato NH2 - C - NH2 Glutamato O Urea Ornitina NH3 Glutamato Ceto glutarato deshidrogenasa NH4+ H2O Arginina 2 ATP + HCO 3- Ornitina Fumarato 2 ADP + Pi CICLO DE LA UREA Fosfato de Carbamilo Argininosuccinato Citrulina AMP + PPi Pi ATP Citrulina Matriz Aspartato Transaminación Transaminación a con oxalacetato Cetoglutarato Mitocondria Aminoácidos Fig. 10: Esquema de la secuencia de reacciones del Ciclo de la Urea. Otra fuente de producción de amoníaco en mitocondrias es el que se obtiene desde glutamina, por acción de la glutaminasa. Esta molécula de amoníaco proviene de la degradación de aminoácidos en tejidos extrahepáticos. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos 1.- Formación mitocondrial de carbamilfosfato. El grupo amino proveniente de la desaminación oxidativa del glutamato en la mitocondria, y el CO3H- de las oxidaciones biológicas, forman un compuesto inestable, el carbamil fosfato en una reacción catalizada por la enzima carbamilfosfato sintetasa I. Esta enzima tiene una isoenzima citoplasmática (carbamilfosfato sintetasa II) que utiliza como sustrato glutamina en lugar de amonio. El carbamilfosfato es utilizado en la síntesis de las bases pirimidínicas que intervienen en la formación de los nucleótidos pirimidínicos. La reacción requiere energía proveniente de dos moléculas de ATP, una para formar el anhídrido de ácido entre los ácidos fosfórico y carbónico y la otra para unir el grupo amino, es decir que hay dos pasos de activación. El consumo de 2 moléculas de ATP hace que el proceso de síntesis de carbamilfosfato sea irreversible. 2.- Conversión de ornitina en citrulina. Esta reacción, al igual que la anterior tiene lugar en la mitocondria y es catalizada por la enzima ornitina transcarbamilasa. La citrulina formada abandona la mitocondria a través de una proteína transportadora de la familia de las translocasas. Una vez que la citrulina se transporta al citosol tiene lugar la siguiente reacción. 3.- Conversión de citrulina en argininosuccinato. El aspartato formado en la mitocondria a partir de oxalacetato es transportado al citosol utilizando una proteína transportadora específica de cetoácidos y allí reacciona con citrulina. La enzima que cataliza la reacción es la argininosuccinato sintetasa, la cual requiere ATP y Mg++. En esta reacción se gastan dos uniones ricas en energía, el ATP se hidroliza a AMP y pirofosfato. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos 4.- Reacción de hidrólisis de argininosuccinato para formar arginina. Esta etapa está catalizada por la argininosuccinasa la cual hidroliza el argininosuccinato en dos compuesto arginina y fumarato. Este último ingresa al ciclo de Krebs y es convertido en malato y éste en oxalacetato. El oxalacetato se convierte luego en aspartato por transaminación y la secuencia puede volver a repetirse. 5.- Hidrólisis de arginina para formar urea y ornitina. La enzima que cataliza esta reacción de hidrólisis es la arginasa, enzima encontrada principalmente en el hígado de mamíferos. En esta reacción se forman dos productos a partir de arginina: Ornitina y Urea. La ornitina formada regresa a la mitocondria por medio de la translocasa y puede volver a reaccionar con otra molécula de carbamilfosfato y reiniciar el ciclo. La urea que se forma por hidrólisis de la arginina es un compuesto soluble, difusible y no tóxico, es eliminada en su mayor parte por riñón y pequeñas cantidades pasan al colon donde es hidrolizada por bacterias intestinales, produciéndose nuevamente amoníaco que vuelve al hígado a través de la vena porta. Balance del ciclo de la Urea En la secuencia de reacciones del ciclo se incorporan dos grupos amino, uno derivado de las desaminaciones de aminoácidos y otro de aspartato, vía transaminación. Por cada molécula de urea formada se eliminan dos productos de desecho: CO3H- y NH4+ lo que sugiere que el ciclo participa en la regulación del pH de la sangre. La capacidad de sintetizar y excretar urea tiene sin embargo un gran costo energético ya que se requieren cuatro fosfatos de elevada energía. Estos son proporcionados por los 3 ATP sumado a la hidrólisis de PPi. En este ciclo se pierde el 15% de la energía de los aminoácidos de los cuales deriva la urea. Siendo la síntesis de urea energéticamente muy costosa, no resulta conveniente una dieta con elevado contenido proteico. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos Existen defectos genéticos en diferentes enzimas del ciclo de la Urea que lleva a una incapacidad para convertir amoníaco en urea, los pacientes que tienen esta patología no pueden tolerar dietas ricas en proteínas. En estos casos para suplementar los aminoácidos esenciales se incluyen en la dieta los -cetoácidos análogos que constituye la parte esencial de estos aminoácidos. Desaminación oxidativa por aminoácidos oxidasas Los aminoácidos pueden sufrir desaminaciones a través de otro tipo de reacciones diferentes a las descriptas las cuales son catalizadas por enzimas denominadas aminoácido oxidasas. Estas enzimas desempeñan un papel relativamente secundario. Se las encuentra en hígado y riñón, localizadas en los microcuerpos o peroxisomas junto a las catalasas. Las L-aminoácido oxidasas no tienen alta actividad y requieren FMN como grupo prostético, las D-aminoácido oxidasa requieren FAD. El FADH2 y el FMNH2 se reoxidan entregando sus equivalentes de reducción directamente al oxígeno formándose agua oxigenada que luego es degradada por la enzima catalasa, muy abundante en los peroxisomas. (Fig. 11) L-aminoácido + H2O + E-FMN cetoácido + NH3 + E-FMNH2 D-aminoácido + H2O + E-FAD cetoácido + NH3 + E-FADH2 E-FMNH2 + O2 E-FMN + H2O2 E-FADH2 + O2 E-FAD + H2O2 H2O2 catalasa H2O + ½ O2 Fig. 11: Esquema de las reacciones catalizadas por las aminoácido oxidasas y reacciones acopladas. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos Estas oxidasas pueden conformar un medio para la desaminación oxidativa de cualquier isómero D- que pudiera entrar en el organismo, por ejemplo, los Daminoácidos que se encuentran en la pared celular de bacterias. Otras aminas de importancia biológica como epinefrina, norepinefrina y dopamina pueden ser desaminadas oxidativamente mediante las flavoproteínas monoaminooxidasas y diaminooxidasas para formar amoníaco y el aldehído correspondiente. Desaminación no oxidativa Los grupos amino de serina y treonina pueden ser eliminados en forma no oxidativa por un grupo de enzimas denominadas deshidratasas, estas enzimas utilizan fosfato de piridoxal como coenzima y los productos de reacción son: amoníaco y el cetoácido correspondiente. Descarboxilación de aminoácidos Microorganismos presentes en el intestino y ciertas bacterias presentes en productos de fermentación, poseen enzimas que catalizan la descarboxilación de aminoácidos. Estas reacciones dan lugar a la formación de poliaminas con gran actividad fisiológica denominadas en general “aminas biógenas”. Este tipo de proceso forma parte de la putrefacción de proteínas por acción de enzimas bacterianas. Por ejemplo a partir de lisina se obtiene cadaverina y a partir de ornitina se obtiene putrescina. Estos compuestos sirven de marcadores para medir la calidad de la carne y de su estado de conservación. En tejidos animales también existen enzimas que catalizan este tipo de reacciones y las aminas biógenas formadas por este mecanismo son sustancias de importancia funcional. Por ej.: histamina, serotonina, triptamina y dopamina. Degradación de aminoácidos de cadena ramificada Los aminoácidos de cadena ramificada: Isoleucina, Leucina y Valina pierden su grupo amino, se oxidan por aminotransferasas específicas y se descarboxilan por - Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos cetodeshidrogenasas (descarboxilación oxidativa), estas últimas requieren pirofosfato de tiamina (vitamina del complejo vitamínico B). Catabolismo de los esqueletos carbonados de los aminoácidos Como se ha visto, la primera etapa en la degradación de los aminoácidos comprende la eliminación del nitrógeno alfa. Esto generalmente se realiza por reacciones de transaminación y en menor medida por reacciones de desaminación. El nitrógeno, una vez removido, entra en la reserva metabólica general y dependiendo de las necesidades de la célula, puede ser utilizado de nuevo para procesos anabólicos (por ejemplo, síntesis proteica) o si está en exceso, convertido en urea y excretado como tal. Clasificación de los aminoácidos de acuerdo al destino de sus esqueletos carbonados. Los aminoácidos se pueden dividir en tres grupos de acuerdo al destino de sus esqueletos carbonados: Aminoácidos Cetogénicos, Aminoácidos Glucogénicos y Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos. Los aminoácidos cetogénicos son aquellos que en su degradación producen acetil CoA y AcetoacetilCoA, son productores de cuerpos cetónicos y no pueden sintetizar glucosa. A este grupo pertenecen únicamente leucina y lisina. El resto de los aminoácidos son todos glucógénicos, es decir sus esqueletos carbonados pueden ser utilizados para la síntesis de glucosa. Como excepción a este grupo se encuentran los aminoácidos isoleucina, fenilalanina, tirosina y triptofano que además de ser glucogénicos son cetogénicos. Destino de los esqueletos carbonados de los aminoácidos Los esqueletos carbonados provenientes de los aminoácidos que han perdido su grupo amino, convergen para formar solamente cinco productos, todos los cuales se Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos incorporan al ciclo de Krebs para la oxidación completa a CO 2 y H2O o para formar intermediarios que pueden utilizarse en otras vías metabólicas. La figura 12 nos muestra el destino de los esqueletos carbonados de 10 aminoácidos que se degradan, en último término, hasta acetil-CoA. Cinco de ellos, se degradan previamente a piruvato: alanina, cisteína, glicina, serina y treonina. Cinco aminoácidos se convierten en -cetoglutarato, tres en succinil CoA, dos en oxalacetato y dos en fumarato. Arginina Histidina Glutamina Prolina Alanina Treonina Glicina Serina Cisteína Glutamato Isocitrato -cetoglutarato Piruvato Citrato AcetilCoA succinil-Coa Acetoacetil-CoA Fenilalanina Tirosina leucina lisina Triptófano Isoleucina Metionina Valina Succinato Oxalacetato Aspartato Asparagina Fumarato Malato Fenilalanina Tirosina Fig. 12: Destino de la cadena carbonada provenientes de aminoácidos glucogénicos 1.- Aminoácidos que producen piruvato: Después de perder su grupo amino, la cadena carbonada de los aminoácidos: alanina, triptofano, cisteína, serina, treonina y glicina, forman piruvato, el cual por acción de la piruvato deshidrogenasa se oxida a acetil CoA, o a través de la gluconeogénesis puede ser utilizado para la síntesis de glucosa (Fig. 13). Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos Treonina P Acetaldehído Treonina aldolasa PPL FH4 N5N10-Met.-FH4 Glicina CO2 + NH3 Glicina sintasa N5N10-Met.-FH4 serina hidroximetil transferasa FH4 Triptofano Serina P Serina deshidratasa Cisteína PPL H2O NH3 ALT Alanina PIRUVATO Gluconeogénesis Ciclo de Krebs Fig. 13: Esquema de la degradación de los aminoácidos que se oxidan a piruvato. Acetil-CoA La degradación de glicina puede ocurrir por dos vías diferentes, una es aquella en la cual la glicina se convierte en serina y otra es la degradación total a amoníaco y dióxido de carbono. 1.- En la conversión de glicina a serina interviene la enzima serina hidroximetil transferasa ó serina transhidroximetilasa la cual cataliza una reacción reversible, en la que interviene un derivado del tetrahidrofolato que cuando la reacción ocurre en sentido inverso, hacia la síntesis de glicina, la serina cede una unidad de carbono al tetrahidrofolato para formar el derivado 5,10-metileno-THF (Fig. 13) 2.- La degradación total de glicina a amoníaco y dióxido de carbono constituye la principal ruta de degradación de glicina en la mayoría de los organismos. En la misma Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos interviene el tetrahidrofolato y el NAD+ en una reacción reversible catalizada por un complejo multienzimático denominado glicina sintasa. La degradación de serina a piruvato ocurre a través de un proceso de desa-minación no oxidativa el cual utiliza fosfato de piridoxal y es catalizada por la enzima serinatreonina deshidratasa, (Fig.13) La cisteína puede degradarse hasta piruvato a través de tres rutas principales, en algunas bacterias se produce una desaminación no oxidativa, en otros organismos sufre una transaminación a -mercaptopiruvato seguida de una desulfuración para dar piruvato. 2.- Aminoácidos que producen glutamato: Arginina, Histidina, Glutamina y Prolina. El aminoácido arginina es un intermediario del ciclo de la urea que por acción de la enzima arginasa da como productos urea y L-ornitina. Esta última puede degradarse por una reacción de transaminación con el -cetoglutarato seguida de una oxidación da como producto da glutamato. Otro aminoácido que al degradarse produce glutamato es la histidina. La formación de glutamato desde glutamina ocurre, como ya se describió en el transporte de amoníaco hacia el hígado, por una reacción de hidrólisis catalizada por la enzima glutaminasa. La prolina sufre una oxidación y posterior hidrólisis produciendo, al igual que arginina, el semialdehído glutámico el que por acción de una deshidrogenasa específica, dependiente de NADP+, da lugar a la formación de glutamato. 3.- Aminoácidos que producen succinil-CoA. Treonina, Isoleucina, Valina y Metionina. La succinil-CoA puede sintetizarse a partir de propionil-CoA proveniente de la degradación de ácidos grasos de número impar y de la degradación de ciertos Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos aminoácidos como treonina, isoleucina y metionina. La valina produce directamente metilmalonilCoA. Isoleucina transamina con -cetoglutarato y el cetoácido que se produce sufre una serie de reacciones de oxidación e hidratación dando como producto final propionilCoA y Acetil-CoA. Propionil-CoA como producto, puede llevar a la formación de glucosa mientras que acetil-CoA a cuerpos cetónicos, dando lugar a que este aminoácido se lo clasifique como glucogénico y cetogénico. Valina también en la primera etapa de su degradación transamina con -cetoglutarato y el cetoácido formado sufre una serie de reacciones en las cuales ocurren oxidaciones e hidrataciones produciéndose en la etapa final metilmalonil-CoA que da lugar luego a la síntesis de succinil-CoA. La metionina cede su grupo metilo a una molécula aceptora y forma homocisteína la cual a través de dos reacciones catalizadas por una sintasa y una liasa, forma cetobutirato. La formación de propionil-CoA a partir del -cetobutirato es la misma que la descripta en la degradación de treonina. 4.- Aminoácidos que producen acetoacetil-CoA : Leucina, Lisina, Fenilalanina, Tirosina y Triptofano. Dentro de los aminoácidos que producen cuerpos cetónicos, por formación de acetoacetil-CoA, se encuentran los aminoácidos aromáticos: Fenilalanina, Tirosina y Triptofano y los aminoácidos leucina y lisina. Los aminoácidos fenilanalina y tirosina son precursores de un gran número de compuestos en plantas y animales, su denominación de aminoácidos aromáticos deriva del hecho que estos aminoácidos son precursores de sustancias aromáticas como por ejemplo, aceite de canela, almendras amargas, nuez moscada, pimienta cayena, vainilla, clavo de olor y jengibre. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos La fenilalanina se convierte en tirosina a través de una reacción irreversible catalizada por la fenilalanina hidroxilasa. La tirosina puede luego degradarse hasta la formación de fumarato y acetoacetato. Fenilalanina hidroxilasa O2 H2O Fenilalanina Tirosina Fig : Reacción de degradación de fenilalanina La fenilalanina hidroxilasa es una oxigenasa de función mixta que utiliza como cofactor tetrahidrobiopterina el cual se oxida a dihidrobiopterina. Para la recuperación de la forma reducida del cofactor interviene una reductasa que requiere NADPH. Existe una enfermedad hereditaria denominada fenilcetonuria, en la cual hay déficit de la enzima fenilalanina hidroxilasa y de no ser tratado a tiempo, el recién nacido es conducido a un retraso mental. Esto se debe a que al acumularse demasiada fenilalanina, ésta transamina dando el cetóacido fenilpiruvato, el cual puede dar lugar a dos compuestos que se excretan en grandes cantidades en estos enfermos: fenilacetato y fenillactato. Por prevención es obligatorio el diagnóstico de esta deficiencia enzimática en los recién nacidos. Si el trastorno se detecta a tiempo puede evitarse el daño cerebral administrando una dieta con bajo contenido de fenilalanina y abundante contenido en tirosina. Es común hoy en día encontrar alimentos que alerten sobre el no consumo para fenilcetonúricos, por ejemplo los que contienen como edulcorante el aspartamo, un dipéptido de fenilalanina y aspartato que cuando se hidroliza en el tracto digestivo libera fenilalanina. La ruta catabólica principal de tirosina implica una reacción de transaminación catalizada por la tirosina aminotransferasa para dar como producto glutamato y phidroxifenil- piruvato. Sobre este último actúa una dioxigenasa formándose el ácido homogentísico el cual se oxida y luego por una reacción de isomerización y posterior hidrólisis se produce fumarato y acetotacetato. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos La vía de degradación de triptofano es muy compleja. La primera enzima que interviene la triptofano oxigenasa, una oxigenasa de función mixta que utiliza NADPH como cofactor. El producto de esta reacción sufre una serie de transformaciones durante las cuales se libera alanina proveniente de la cadena lateral y el resto de la molécula, a través de oxidaciones y descarboxilaciones, da lugar a la formación de glutaril-CoA y finalmente la formación de Acetoacetil-CoA. Por ello el triptofano se considera como un aminoácido glucogénico y cetogénico. 5.- AMINOÁCIDOS DE CADENA RAMIFICADA El catabolismo de los aminoácidos de cadena ramificada, leucina, isoleucina y valina, tiene lugar en riñón, músculo, corazón y tejido adiposo. El hígado no posee la aminotransferasa específica que es común a los tres aminoácidos de cadena ramificada. Los -cetoácidos resultantes de la reacción de transaminación, se descarboxilan por acción de una -cetoácido descarboxilasa sintetizándose, en última instancia, luego de varias reacciones y dependiendo del aminoácido que se trate, AcetilCoA, Acetoacetato ó Succinil-CoA. Los productos de finales de degradación de estos aminoácidos son: - Leucina; Acetoacetato y Acetil-CoA - Isoleucina: succinil-CoA y Acetil-CoA. - Valina: Succinil-CoA. A partir de acetoacetato se puede sintetizar acetoacetil-CoA en una reacción catalizada por la -cetoacil-CoA transferasa y acetil-CoA. Los aminoácidos de cadena ramificada se oxidan como combustible principalmente en músculo, tejido adiposo, riñón y cerebro. En estado de ayuno prolongado o inanición son liberados por el músculo y sirven de fuente de energía al cerebro. Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos Funciones precursoras de los Aminoácidos. Conversión a productos especializados La síntesis proteica es la función sintética principal de los aminoácidos, pero además sirven como precursores de otros compuestos nitrogenados. Los compuestos derivados de aminoácidos, que son fisiológicamente muy importantes, constituyen los llamados péptidos bioactivos, que incluyen al hem, purinas, pirimidinas, hormonas, neurotransmisores. Estos compuestos tienen gran importancia médica o farmacológica. A continuación se dan algunos ejemplos: Glicina: La molécula entera de glicina es utilizada para la síntesis de purinas. El C y el N se emplean en la síntesis del hem. Es precursora del glutatión, (el tripéptido glutamil-cisteinil-glicina). El glutatión y la glutatión reductasa intervienen en la degradación de insulina, en la reducción de los enlaces disulfuro adecuados en la molécula de insulina. El glutatión se halla prácticamente en todas las células, a menudo en niveles elevados y se puede considerar que actúa como un buffer redox. Posiblemente ayuda a mantener los grupos sulfhidrilos de las proteínas en su forma reducida y el Fe del grupo hemo en la forma de ión ferroso. Metionina: Bajo la forma de S-adenosilmetionina es la principal fuente de grupos metilo en el organismo. Se obtiene por condensación con ATP. El grupo S-metilo activado puede transferirse a varios compuestos aceptores (colina, creatina, adrenalina, melatonina, nucleótidos, aminoácidos metilados y diversos alcaloides de origen vegetal) Histidina: Es precursora de histamina a través de una reacción de descarboxilación, catalizada por una descarboxilasa específica (L-aminoácido aromático descarboxilasa) la cual tiene como grupo prostético el fosfato de piridoxal. Esta enzima cataliza también la descarboxilación de fenilalanina, tirosina, triptofano y DOPA. Está presente en riñón y otros tejidos. La histamina es una amina biógena de gran actividad fisiológica. Disminuye la presión sanguínea, pudiendo provocar un colapso vascular, en grandes dosis. Estimula la secreción de ClH y pepsina en el estómago. Las reacciones alérgicas de diferente Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos origen parecen estar relacionadas con la liberación brusca de histamina, provocada por el ingreso de alguna sustancia sensibilizante a los tejidos. Algunos antihistamínicos empleados para tratar fenómenos alérgicos son fármacos de estructura química análoga a la de histamina y actúan como antagonistas. Una vez producida, la histamina es rápidamente degradada por la histaminasa, que la transforma en un compuesto inactivo. Acido glutámico: Por descarboxilación se forma el ácido -aminobutírico (GABA). La enzima que cataliza esta reacción se encuentra preferentemente en la sustancia gris del sistema nervioso central. El GABA es un intermediario químico regulador de la actividad neuronal. Actúa como inhibidor de la transmisión del impulso nervioso. Su deficiencia provoca cuadros de epilepsia. Farmacológicamente, el GABA se utiliza para tratamientos de epilepsia y de hipertensión. Fenilalanina y tirosina: Pueden seguir otra vía metabólica que conduce a la síntesis de ustancias de gran actividad fisiológica llegando a la formación de catecolaminas, adrenalina, noradrenalina y dopamina. Tirosina y triptofano: Por descarboxilación de estos dos aminoácidos se obtienen dos sustancias biológicamente activas: tiramina y triptamina respectivamente, ambas con acción vasoconstrictora. Además la tirosina es precursora del pigmento que da color a la piel y el pelo, la melanina. También es precursora de hormonas tiroideas: triyodotironina y tiroxina. Por otro lado el triptofano es precursor de muchos compuestos de fundamen-tal portancia para el hombre: a) Serotonina: poderoso vasoconstrictor y estimulante de la contracción del músculo liso. b) Melatonina, hormona que se produce en la glándula pineal y en nervios periféricos, en el hombre la cual actúa regulando los ciclos de fertilidad e infertilidad en animales Lic. en Nutrición- Año 2013 Metabolismo de Aminoácidos c) Acido nicotínico, que es una vitamina del complejo B que forma parte de las coenzimas NAD y NADP. La falta de esta vitamina en la dieta produce la “pelagra”. Aminas biógenas en alimentos Las aminas más importantes que se pueden encontrar en los alimentos son histamina, putrescina, cadaverina, tiramina, triptamina, espermina y espermidina. En general cuando se habla de intoxicación por histamina se piensa en productos pesqueros y no se le da tanta importancia a lo que ocurre con el resto de los alimentos. Sin embargo, estas aminas se pueden encontrar en quesos, productos cárnicos, vegetales, bebidas alcohólicas y comidas orientales, entre otros. En conservas de escómbridos (atún, caballa, pez bonito) el límite de histamina aconsejable es de 50 ppm ya que cantidades superiores alteran la calidad organoléptica de las mismas, dando un sabor picante. La principal fuente de producción de estas aminas en los alimentos fermentados y en conservas es la contaminación microbiana y los microorganismos utilizados durante los procesos, los cuales tienen una gran actividad de la enzima descarboxilasa, es por ello que es necesario tomar precauciones cuando se seleccionan cepas microbianas con este propósito. _____________________________-
