Presentación de PowerPoint

Metabolismo
de
aminoácidos
El nitrógeno, presente en la biosfera como nitrato (NO3-)
o dinitrógeno (N2), debe ser reducido a amonio (NH4+)
para su incorporación a proteínas.
El hombre adquiere el nitrógeno mayoritariamente de
las proteínas de la dieta.
El ciclo del nitrógeno
Proteínas de la dieta
Aminoácidos en la sangre
Aminoácidos
Proteínas
Esquema
general del
metabolismo
de
aminoácidos
Compuestos
nitrogenados
Carbono
Nitrógeno
Glucógeno
Triaglicéridos
CO2 + H2O
Energía
Urea y otros
Orina
Coenzimas vedette:
Piridoxal fosfato
Folato
Tetrahidrobiopterina
Cobalamina
Digestión de proteínas
La digestión de las proteínas comienza en el estómago,
donde el pepsinógeno se convierte en pepsina.
La llegada del bolo alimenticio al intestino dispara la
liberación de las hormonas colecistoquinina y secretina,
las cuales promueven la secreción de las proenzimas
pancreáticas.
La enteropeptidasa activa el tripsinógeno y la tripsina
activa el resto de las proteasas.
Los péptidos y los aminoácidos son transportados a
través de los enterecitos a la circulación portal, por
transporte activo o difusión facilitada.
Aminoácidos esenciales (o indispensables)
Esenciales
Histidina
Isoleucina
Leucina
Lisina
Metionina
Fenilalanina
Treonina
Triptofano
Valina
Arginina (en crecimiento)
No Esenciales
Alanina
Asparagina
Aspartato
Cisteína
Glutamato
Glutamina
Glicina
Prolina
Serina
Tirosina
BALANCE DE NITRÓGENO
El nitrógeno no tiene fuentes de almacenamiento especiales
en el organismo.
En los adultos sanos la degradación y la síntesis de
proteínas ocurren a la misma velocidad y se mantiene el
balance nitrogenado, donde el nitrógeno que ingresa y el
que se excreta son similares.
Niños en crecimiento, adultos en recuperación de
enfermedades o embarazadas tienen balance de nitrógeno
positivo porque hay síntesis neta de proteína.
Cuando se excreta más nitrógeno del que se incorpora,
estamos en balance de nitrógeno negativo. Esto ocurre
cuando falta algún aminoácido esencial en la dieta, o en el
ayuno.
Las proteínas del organismo están en continuo
recambio
Todo el tiempo se están degradando y
sintetizando proteínas.
En la especie humana, 1-2% de las proteínas,
fundamentalmente musculares, están
recambiándose.
De los aminoácidos que se liberan, 75% se
reciclan. El resto forma urea.
Las enzimas glutamato
deshidrogenasa, glutamina
sintetasa y las aminotransferasas
(transaminasas) tienen un rol muy
importante en el metabolismo de
aminoácidos.
TRANSAMINACIÓN
Los grupos α-amino se transfieren de un aminoácido a
un alfa-cetoácido con las enzimas transaminasas o
aminotransferasas.
Suele participar el par glutamato/α-cetoglutarato.
Reacciones reversibles, participan en la síntesis y
degradación.
Existen transaminasas
para casi todos los
aminoácidos.
Tienen piridoxal 5'fosfato como grupo
prostético.
El piridoxal fosfato deriva
de la vitamina B6.
El PLP se une
covalentemente
a la enzima, a
través de una
base de Schiff o
imina con una
lisina del sitio
activo
Aspartato aminotransferasa
Aspartato aminotransferasa
Sitio activo con el piridoxal fosfato
formando una base de Schiff con
una lisina de la enzima
Sitio activo con el piridoxal fosfato
unido a un análogo de sustrato.
El aumento en el suero de determinadas
aminotransferasas es utilizado como marcador
clínico de daño tisular.
SGOT: glutamato-oxaloacetato aminotransferasa
o aspartato transaminasa
SGPT: glutamato-piruvato aminotransferasa o
alanina transaminasa
Por ejemplo, luego de un ataque cardíaco
aumenta en primer lugar la creatina quinasa,
luego aumenta SGOT, y más tarde SGPT.
Como el par α-cetoglutarato/glutamato participa
en muchas transaminaciones, el glutamato es
un intermediario prominente en la eliminación
de amonio así como en vías anabólicas.
El glutamato está en un “nudo” entre el amonio
libre y los grupos amino de los aminoácidos.
¿Qué opina acerca de la siguiente afirmación? ¿Es
verdadera o falsa?
"Dado que el nitrógeno del glutamato puede ser
redistribuído por transaminación, el glutamato es un
buen suplemento para proteínas pobres desde el punto
de vista nutricional."
Glutamato deshidrogenasa
utiliza NADPH, incorpora amonio al glutamato para
sintetizar este aminoácido y otros por transaminación,
activada por ATP y GTP
utiliza NAD+, reacción anaplerótica, provee de un
intermediario oxidable y NADH, activada por ADP y GDP
El glutamato recluta grupos amino. En el hígado
se libera amonio. Éste va al ciclo de la urea.
Glutamina
La glutamina transporta amonio en la sangre.
El amonio es tóxico para el sistema nervioso central. Los
tejidos lo transforman en glutamina gracias a la glutamina
sintetasa.
En el hígado y en el riñón, la glutamina libera el amonio.
A su vez, el amonio, en el hígado, forma urea.
El riñón puede excretar directamente el amonio.
Glutamato
Glutamina sintetasa
glutamato + NH4+ + ATP → glutamina + ADP + Pi + H+
Produce glutamina, uno de los 20 aminoácidos de las proteínas.
La glutamina sirve como dador de nitrógeno en varias vías
biosintéticas (purinas, citosina).
La glutamina es muy abundante en la circulación, pues sirve
como una forma de transporte inocua del amoníaco, que es
tóxico, hacia el hígado y el riñón.
Glutaminasa
El hígado y el ríñón tienen glutaminasa, enzima mitocondrial que
libera el amonio.
glutamina + H2O → glutamato + NH4+
Destinos del amonio
En el hígado, el amonio liberado de la glutamina por
la glutaminasa se utiliza para sintetizar urea.
En el riñón, la formación de amonio está relacionada
con la eliminación de ácido (H+), puesto que el
amoníaco (NH3) liberado por la glutaminasa se
protona a amonio (NH4+) gracias a su pKa de 9.3.
La glutamina sintetasa es una enzima
regulada.
En E. coli es regulada mediante
los siguientes mecanismos:
Alosterismo
Modificación covalente
Regulación de la expresión
génica y la síntesis proteica
(control de la cantidad de
enzima)
Regulación alostérica de la glutamina sintetasa
• Nueve inhibidores “feedback”: Gly, Ala, Ser, His,
Trp, CTP, AMP, carbamoil-P y glucosamina-6-P
• Gly, Ala, Ser son indicadores del metabolismo de
aminoácidos en las células
• Los otros seis son producto final de vías metabólicas.
Modificación covalente de la glutamina sintetasa
• Cada
subunidad es adenililada en la tirosina 397
•La adenililación inactiva la enzima
• La adenilil transferasa cataliza la adenililación y la
desadenililación
•Una proteína reguladora (PII) controla ambas actividades
•La actividad de PII se controla por uridililación.
•La uridililación se inhibe por glutamina y se estimula por
α-cetoglutarato y ATP.
• En suma, la actividad se estimula cuando la glutamina
desciende y cuando predominan α-cetoglutarato y ATP
(sustratos).
Regulación covalente de la glutamina sintetasa
Adenililación de la tirosina
Ciclo de la urea
80% del nitrógeno que se excreta, lo hace en
forma de urea.
Parte de las enzimas están en la matriz
mitocondrial y parte en el citosol.
La arginina, con la arginasa, genera urea y
ornitina en el citosol. Luego, las siguientes
enzimas regeneran la arginina.
La enzima carbamoil fosfato sintetasa I
mitocondrial cataliza el primer paso regulado de
la síntesis de urea.
Ciclo
de la
urea
Destino de los esqueletos carbonados
Todos los tejidos tienen cierta capacidad para síntesis y
remodelación de aminoácidos.
El hígado es el sitio principal de metabolismo de los aminoácidos.
En tiempos de buena suplementación dietaria, el nitrógeno es
eliminado vía transaminación, desaminación y síntesis de urea.
Los esqueletos carbonados pueden conservarse como glucógeno
o como ácidos grasos.
Los aminoácidos pueden ser glucogénicos, cetogénicos o ambos.
Los glucogénicos son los que generan piruvato o intermediarios
del ciclo de Krebs como α-cetoglutarato o oxaloacetato.
Los cetogénicos (Lys y Leu) generan sólo acetil-CoA o
acetoacetil-CoA.
En períodos de ayuno, los esqueletos carbonados se utilizan
como fuente de energía, rindiendo CO2 y H2O.
Biosíntesis
de los
aminoácidos no esenciales
Aminoácidos esenciales y no esenciales
Esenciales
Histidina
Isoleucina
Leucina
Lisina
Metionina
Fenilalanina
Treonina
Triptofano
Valina
Arginina (en crecimiento)
No Esenciales
Alanina
Asparagina
Aspartato
Cisteína
Glutamato
Glutamina
Glicina
Prolina
Serina
Tirosina
Los esqueletos carbonados de los aminoácidos
no esenciales pueden sintetizarse a partir de
metabolitos intermediarios derivados, por
ejemplo, de glucosa.
Dos aminoácidos no esenciales derivan
directamente de aminoácidos esenciales (tirosina
y cisteína).
Coenzimas importantes: piridoxal fosfato, folato y
tetrahidrobiopterina.
Síntesis de glutamato
El glutamato se sintetiza a partir de su precursor
alfa-cetoácido con la enzima glutamato
deshidrogenasa.
Síntesis de aspartato
El aspartato se sintetiza por transaminación del
oxalaceto.
glutamato + oxalacetato
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
NH3+
alfa-cetoglutarato + aspartato
O
O
O
O
O
O
O
O
NH3+
También se sintetiza aspartato por desaminación
de la asparagina con la asparaginasa, análoga a
la glutaminasa
asparagina + H2O → aspartato + NH3
Síntesis de asparagina y glutamina
La asparagina sintetasa y la glutamina
sintetasa catalizan la producción de asparagina
y glutamina
glutamato + NH4+ + ATP → glutamina + ADP + Pi + H+
aspartato + NH4+ + ATP → asparagina + ADP + Pi + H+
Síntesis de alanina
La alanina se sintetiza por
transaminación con la enzima alanina
transaminasa
α-cetoglutarato + alanina
glutamato + piruvato
O
O
O
O
O
NH3+
O
O
O
O
O
O
O
O
O
NH3+
La concentración de alanina en la circulación es
alta, más baja solo que la de glutamina.
CICLO DE LA GLUCOSA – ALANINA
La alanina transaminasa participa en el transporte de
esqueletos carbonados y nitrógeno del músculo al hígado.
alanina + cetoglutarato
COO−
COO−
CH2
CH2
CH2
CH3
HC
piruvato + glutamato
NH3+
COO−
alanine
+
C
CH3
O
COO−
C
CH2
O
COO−
+
HC
NH3+
COO−
α-ketoglutarate
pyruvate glutamate
Aminotransferase (Transaminase)
Músculo esquelético: el piruvato de la glucólisis se transforma en
alanina a expensas de glutamato.
Hígado: se regenera el piruvato para la gluconeogénesis y el
amonio del glutamato puede ir al ciclo de la urea.
Síntesis de prolina
La prolina se sintetiza a
partir de glutamato con
glutamato semialdehído
como intermediario
La prolina también se sintetiza a partir de arginina de la dieta.
Primero, la arginina se transforma en ornitina vía arginasa.
La enzima puede operar en dirección opuesta para sintetizar
ornitina y arginina a partir de prolina.
Síntesis de serina
La serina se
sintetiza a partir de
3-fosfoglicerato.
Se oxida la función
alcohólica para
formar un alfacetoácido que se
transamina y
desfosforila.
La glicina se sintetiza a partir de serina. La
enzima utiliza tetrahidrofolato y piridoxal fosfato.
En el hígado de vertebrados, la glicina
también puede sintetizarse a partir de dióxido
de carbono y amonio con la glicina sintasa
O sea que la serina y la glicina son interconvertibles
gracias a la serina hidroximetiltransferasa, que opera en
los dos sentidos y utiliza folato (THF/MTHF) y PLP
La
conversión
de serina
en glicina
es la
entrada
principal
de
unidades
monocarbonadas
al pool de
folato.
Ácido fólico
Los derivados del folato sirven como donadores
de unidades monocarbonadas en diferentes
estados de oxidación intermedios (metil, metilen,
metenil, formil o formimino)
Síntesis de cisteína
El azufre para la cisteína proviene de la metionina
y los carbonos de la serina.
En primer lugar, ocurre la síntesis de S-adenosil
metionina, un importante agente metilante.
++
La homocisteína condensa con la serina para formar
cistationina, la cual es clivada por la cistationasa para
dar cisteína y alfa-cetobutirato
Esto es conocido como la vía de transulfuración
La cistationina beta-sintasa y la cistationina gama-liasa
ambas utilizan PLP
La cisteína se utiliza para la síntesis de proteínas y de
glutatión
Las deficiencias genéticas en la cistationina betasintasa causan enfermedades
Los aumentos en la homocisteína del plasma se
asocian a problemas vasculares.
Síntesis de tirosina
La tirosina se sintetiza a partir de fenilalanina
Las deficiencias genéticas en la
fenilalanina hidroxilasa llevan a la
fenilcetonuria
Retardo mental
La acumulación de fenilalanina depleta de αcetoglutarato por transaminación
La depleción de α-cetoglutarato compromete el
ciclo de Krebs y el metabolismo aeróbico del
cerebro
Se encuentra fenilpiruvato, fenilacetato y
fenillactato en la orina
Se debe suplementar la dieta con tirosina y
restringir la fenilalanina
"contiene
fenilalanina"
Aspartamo: L-Aspartil-L-fenilalanina metil éster
¿Qué productos le parece que se forman de su
catabolismo?
Aspartamo: L-Aspartil-L-fenilalanina metil éster
Se metaboliza dando aspartato, fenilalanina y metanol. El aspartato es
inocuo, la fenilalanina también (excepto para los fenilcetonúricos!) y el
metanol puede ser metabolizado por el hígado en pequeñas
cantidades.
Provee de 4 kcal/g, como otros aminoácidos. Pero es 200 veces más
dulce que el azúcar, por lo tanto endulza en cantidades muy bajas.
Bebida cola: 0.06 % de aspartamo contra 12 % de sacarosa.
Fue descubierto por Jim Schlatter en 1965, un químico trabajando en
nuevas drogas peptídicas para el tratamiento de úlceras. En sus
experimentos, sintetizó el aspartato-fenilalanina metil éster.
Casualmente, lo tocó. Más tarde, sin querer, llevó el dedo a la boca y
notó el gusto dulce. ¡¿Cómo, si se había lavado las manos después del
desayuno?! Sospechó del aspartato-fenilalanina metil éster y se animó
a probarlo. Años más tarde, la curiosidad de Schlatter redundó en un
negocio billonario.
Antes de poder utilizar el esqueleto carbonado de
los aminoácidos, el nitrógeno debe removerse en
forma de amonio.
Como el amonio derivado del grupo amino de los
aminoácidos es tóxico, los tejidos convierten el
amonio en glutamina. En el hígado, la glutamina
se convierte en urea.
En el hombre, el exceso de nitrógeno se excreta
como urea.
Peces: excretan amonio.
Pájaros: ácido úrico.
Humanos y otros animales terrestres: urea.