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BOLILLA 8: Metabolismo de Aminoácidos. Digestión y absorción. Catabolismo. Transaminación. Desaminación oxidativa y no oxidativa. Descarboxilación. Transporte.

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1 BOLILLA 8: Metabolismo de Aminoácidos. Digestión y absorción. Catabolismo. 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. QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas

2 METABOLISMO INTERMEDIO Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.

3 Conocimientos previos: - Ciclo del nitrógeno. - Sistemas digestivo, circulatorio, endocrino. - Estructura química de proteínas y aminoácidos. Nomenclatura. -Transporte mediado activo. Difusión facilitada. - Actividad enzimática y su regulación. Acción de cofactores y moduladores. - Metabolismo. Regulación. Balance energético. - Glucólisis. - Ciclo de Krebs. Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

4 Objetivos -Que al finalizar la clase, sean capaces de: 1)Definir y distinguir aminoácidos esenciales y no esenciales. 2)Diferenciar y formular las reacciones de transaminación y desaminación, comprendiendo su significado biológico. 3)Fundamentar la toxicidad del amoníaco. Explicar su metabolización y excreción en los distintos organismos. Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

5 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Quimotripsina Diversidad de Proteínas Extraído de Lehninger, Proteínas de membrana Luciferasa Hemoglobina Queratina

6 AMINOACIDO Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Grupo carboxilo (disociado) Cadena lateral Carbono Grupo amino (protonado)Repasemos…

7 H 2 NC H R 1 CONHC H CO R 2-n NHC H R 3 COOH n Repasemos… AA amino terminal AA carboxilo terminal Uniones peptídicas

8 AMINOACIDOS # Aminoácidos esenciales en roedores, insectos, peces*, aves* y humanos** Aminoácidos no esenciales Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS - No son sintetizados por el organismo. Deben ser incorporados con la dieta. -Mantener el crecimiento y el equilibrio nitrogenado. ValinaFenilalanina LeucinaTriptofano IsoleucinaTreonina LisinaHistidina** MetioninaArginina** AlaninaGlicina SerinaTirosina CisteínaAc. Aspártico Ac. Glutámico Glutamina Asparagina Prolina - Sintetizados por el organismo. # Los 20 AAs pueden ser sintetizados por los vegetales. * Peces y aves poseen además otros aminoácidos esenciales. ** En humanos, Histidina es esencial en niños y Arginina es parcialmente esencial.

9 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Alanina Ala Algunos aminoácidos que veremos en esta clase Aspartato Asp Glutamato Glu Glutamina Gln AA neutro o alifático AAs ácidos AA amida

10 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Fenilalanina Tirosina Serina Ser Treonina Thr AAs hidroxilados Aminoácidos aromáticos

11 Recordemos como funciona el Ciclo del N 2 en la naturaleza…

12 N2N2 N2N2 N2N2 NH 4 + AAs NO 3 - Absorción del nitrógeno por las plantas N2N2 N2N2 N2N2 N2N2 NH 4 + NO 3 - AAs NH 4 + AAs

13 Fijación del Nitrógeno en las plantas N2N2 NH 4 + Nódulo radical Nódulo radical: bacteria, u otro microorganismo en asociación simbiótica con raíz.

14 NH 4 + Fijación del Nitrógeno en las plantas Nitrogenasa N2N2 NH 4 + NADH NADPH

15 Oxidación de CH (Ej. Glu y Fru) NADH NADPH Ferredoxina reducida Ferredoxina oxidada Fe-Proteina oxidada Fe-Proteina reducida Fe-Mo-Proteina reducida Fe-Mo-Proteina oxidada 2ATP 2ADP + 2Pi N 2 +10H + 2 NH H 2 COMPLEJO NITROGENASA AMINOACIDOS PROTEINAS Fijación del Nitrógeno en las plantas Flavodoxina red. e-e- e-e- e-e-

16 N2N2 N2N2 N2N2 NH 4 + AAs NO 3 - Absorción del nitrógeno por las plantas N2N2 N2N2 N2N2 N2N2 NH 4 + NO 3 - AAs NH 4 + AAs

17 La absorción de NO 3 - esta mediada por un mecanismo de simporte 2H + /NO 3

18 Plantas que no pueden fijar N2 (mayoría de los cultivos excepto leguminosas) Fuentes importantes de nitrógeno: NO 3 - y NH 4 + NO 3 - NO H 2 O NAD(P)H + H + NAD(P) + Nitrato reductasa NO H 2 O + 2H + Nitrito reductasa LUZ Ferredoxina NH H 2 O O 2 AMINOACIDOS PROTEINAS Citosol Cloroplastos o Protoplastidios

19 Fuentes exógenas Fuentes endógenas Proteínas de la dieta ANIMALES Proteínas de membranas, (vegetales o animales) enzimas, hormonas, etc. Digestión y absorción Degradación AMINOACIDOS Transaminación y/ó Desaminación - Proteínas - Aminoácidos No esenciales - Constituyentes nitrogenados no proteicos: purinas, pirimidinas, porfirinas, ácidos biliares. Degradación Biosíntesis α - cetoácido amoníaco

20 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS ¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano? Extraído de Lehninger, Secretina CO 3 H - Colecistoquinina

21 Pepsinógeno Digestión de Proteínas I) En el estómago pH 1,5-2,5Proenzima -NH 2 GASTRINA Células Parietales Células Principales HCl Pepsinógeno Pepsina + resto de 42 Aa. HCl Enzima activa -NH 2

22 Digestión de proteínas en el estómago por acción de la Pepsina COO - NH 3 + Arg Phe Leu Pepsina Pepsina Péptidos de alto PM COO - COO - Phe Leu NH 3 + Arg COO - ES UNA ENDOPEPTIDASA. HIDROLIZA UNIONES PEPTIDICAS. ACTUA SOBRE GRUPOS AMINO DE AMINOACIDOS AROMATICOS HIDROLIZANDO LAS PROTEINAS A POLIPEPTIDOS DE ALTO PM.

23 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS ¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano? Extraído de Lehninger, Secretina CO 3 H - Colecistoquinina

24 SECRECION PANCREATICA Secretina Colecistoquinina Contenido estomacal acido HCO 3 - Proenzimas o zimógenos pH

25 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS ¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano? Extraído de Lehninger, Secretina CO 3 H - Colecistoquinina

26 Digestión de Proteínas II) En Duodeno e Intestino Tripsinógeno Tripsina Quimotripsinógeno Procarboxipeptidasas A y B Enteroquinasa Proelastasa Quimotripsina Carboxipeptidasas A y B Elastasa TRIPSINATRIPSINA INACTIVOS ACTIVOS

27 QUE TIPO DE ENLACES PEPTIDICOS HIDROLIZAN ?? Tripsina (endopeptidasa) : grupos carbonilo de lisina y arginina Quimotripsina (endopeptidasa) grupos carboxilo de fenilalanina, tirosina, triptofano Las carboxipeptidasas (exopeptidasas) eliminan restos carboxilos terminales.

28 Digestión intraluminal de proteínas por acción de proteasas pancreáticas COO - NH 3 + Arg Phe Leu Tripsina Quimotripsina Elastasa NH 3 + Arg COO - Phe NH 3 + COO - Leu NH 3 + COO - NH 3 + COO - NH 3 + COO - Oligopéptidos Arg COO - NH 2 AA Básicos Leu COO - NH 2 Phe COO - NH 2 AA Neutros Carboxi- Peptidasa B Carboxi- Peptidasa A Peptidasas

29 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS ¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano? Extraído de Lehninger, Secretina CO 3 H - Colecistoquinina Aminoácidos Dipéptidos Tripéptidos

30 Absorción intestinal de aminoácidos y péptidos - Ocurre por transportadores de aminoácidos y péptidos del borde en cepillo de las células intestinales. - Transporte activo Na + -dependiente y transporte pasivo Na + -independiente. - Necesidad de múltiples transportadores determinados por la diferencia de tamaño y carga de los aminoácidos y péptidos.

31 Transporte intestinal de aminoácidos Ocurre por varios mecanismos: % Relativo para Alanina % Relativo para Alanina T. activo dependiente de Na + 75% T. facilitado independiente de Na + 20% Difusión pasiva < 5% Aminoácidos LUMENINTESTINAL ENTEROCITO SANGREPORTAL Aminoácidos Aminoácidos Na + Aminoácidos K+K+K+K+ K+K+K+K+ ATP ADP+Pi Aminoácidos Aminoácidos

32 Péptidos LUMENINTESTINAL ENTEROCITO SANGREPORTALPeptidasascitosólicasAminoácidos Transporte intestinal de péptidos pequenos Aminoácidos Péptidos Transporte activo de di- y tripéptidos acoplado a hidrogeniones 2H + Péptidos H+H+H+H+ Na + K+K+K+K+ ATP ADP+Pi

33 Distribución de los aminoácidos en el período post-prandial La mayor parte de los aminoácidos: Hígado. Glutamina y Asparragina: Intestino y riñón. Aminoácidos de cadena ramificada: Músculo y cerebro. ¿Cómo son incorporados los aminoácidos en las células de los distintos tejidos? Difusión facilitada -Los transportadores se encuentran en todas las células. - Son específicos para grupos de aminoácidos (neutros, catiónicos y de glutamato).

34 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS AMINOACIDOS (fondo metabólico común) UTILIZACION Síntesis de proteínas Síntesis de compuestos nitrogenados no proteicos Degradación y producción de Energía ORIGEN Absorción en intestino Degradación de proteínas endógenas (Proteasas) Síntesis de aminoácidos (principalmente en hígado)

35 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Catabolismo de aminoácidos Proteínas intracelulares Proteínas dietariasAminoácidos Esqueleto carbonadoNH 4 + Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y aminas biológicas Carbamil fosfato α-cetoacidos CICLO DE LA UREA CICLO DE KREBS Interconexión Aspartato- arginino succinato CO 2 + H 2 O + ATP Oxalacetato UREA (producto de excreción del nitrógeno) Glucosa (gluconeogénesis) Catabolismo del nitrógeno de aminoácidos

36 Vías de eliminación del grupo α-amino Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS - Reacciones de Transaminación - Reacciones de Desaminación Oxidativa No Oxidativa

37 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Transaminación α-aminoácido (R)α-cetoácido (R) α-aminoácido (R)α-cetoácido (R) PLP Aminotransferasa o Transaminasa PLP: piridoxal fosfato piridoxamina fosfato

38 reversiblesLas reacciones de transaminación son fácilmente reversibles y son muy importantes en el metabolismo proteico. α-cetoácidosTodos los aminoácidos (excepto lisina y treonina) participan en reacciones de transaminación con los α-cetoácidos: α-cetoglutarato oxaloacetato piruvato

39 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Principales reacciones de transaminación PLP Alanina aminotransferasa (ALT) Glutámico pirúvico transaminasa (GPT) Alanina + COO - C CH 2 CH 2 COO - O α-cetoglutarato COO - C CH 3 O Piruvato + Glutamato GPT - Localización citoplasmática. - Particularmente abundante en hígado, corazón y músculo.

40 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS PLP Aspartato aminotransferasa (AST) Glutámico oxalacético transaminasa (GOT) Principales reacciones de transaminación COO - C CH 2 CH 2 COO - O + α-cetoglutarato Aspartato + Glutamato COO - C CH 2 COO - O Oxalacetato GOT - Localización >> mitocondrial y < citoplasmática. - Particularmente abundante en hígado y corazón.

41 Vías de eliminación del grupo α-amino Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS - Reacciones de Transaminación - Reacciones de Desaminación Oxidativa No Oxidativa

42 Glutamatoα-cetoglutarato Glutamato deshidrogenasa Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Desaminación oxidativa del glutamato (+) ADP y GDP (-) ATP y GTP

43 GDH TRANSDESAMINACION TRANSAMINACIONDESAMINACION OXIDATIVA Aminoácido cetoglutarato Glutamato cetoácido NADH + H + NAD + NH Transaminasa

44 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Desaminación oxidativa por aminoácido oxidasas peroxisomales D-aminoácido + H 2 O + E-FAD E-FADH 2 + O 2 D-aminoácido oxidasa E-FAD + H 2 O 2 -cetoácido + NH E-FADH 2 L-aminoácido oxidasa E-FMNH 2 + O 2 E-FMN + H 2 O 2 L-aminoácido + H 2 O + E-FMN -cetoácido + NH E- FMNH 2 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 Catalasa

45 Vías de eliminación del grupo α-amino Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS - Reacciones de Transaminación - Reacciones de Desaminación Oxidativa No Oxidativa

46 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Desaminación no oxidativa Serina COO - C CH 3 O Piruvato + NH 4 + PLP Serina deshidratasa H2OH2OH2OH2O Treonina PLP Treonina deshidratasa H2OH2OH2OH2O COO - C CH 2 CH 3 O α-cetobutirato + NH 4 +

47 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).


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