METABOLISMO DE LOS COMPUESTOS NITROGENADOS

El Nitrógeno (N) junto a otros elementos, como Carbono, Oxigeno e Hidrogeno participan en la constitución de las moléculas orgánicas fundamentales de la materia viva. Entre los compuestos constituyentes del organismo, el N forma parte de un grupo de compuestos orgánicos de gran jerarquía biológica a los cuales están asignadas funciones muy importantes, como lo son las proteínas y los nucleótidos. Este elemento constituye por si solo el 3% del peso corporal.

En el ser humano, la principal fuente de sustancias nitrogenadas son las proteínas de la dieta. Como estos compuestos, a diferencia de carbohidratos y grasas, no se almacenan como reserva, los niveles en las células se regulan por el equilibrio entre anabolismo y catabolismo, es decir un balance entre biosíntesis y degradación de proteínas, a lo que también se conoce como recambio normal de proteínas. Por tanto, un adulto sano que ingiere una dieta variada y completa se encuentra generalmente en situación de “equilibrio nitrogenado”, un estado en el que la cantidad de nitrógeno ingerida cada día es equilibrada por la cantidad excretada por heces, orina y sudor, sin que se produzca ningún cambio neto en la cantidad de nitrógeno del organismo. Sin embargo, en ciertas condiciones, el organismo se halla en equilibrio nitrogenado

En la situación de equilibrio nitrogenado negativo se excreta mayor cantidad de nitrógeno del que se ingiere. Esto tiene lugar en la inanición, la desnutrición proteica y en ciertas enfermedades que cursan con catabolismo aumentado. Durante la inanición prolongada las cadenas carbonadas de los aminoácidos son necesarias para la gluconeogénsis; el amoniaco (nitrógeno) liberado de los aminoácidos es excretado principalmente en forma de urea y no se reincorpora a las proteínas.

Metabolismo de los aminoácidos Los aminoácidos son biomoléculas formadas por (C) Carbono, (H) Hidrogeno, (O) Oxígeno y (S) Azufre. Estos:, *son la única fuente aprovechable de nitrógeno para el ser humano, *son elementos fundamentales para la síntesis de las proteínas, *son precursores de otros compuestos nitrogenados

Los aminoácidos tienen como constituyente fundamental el nitrógeno, el cual tiene sus orígenes en el nitrógeno gaseoso o N2, y el ión nitrato (NO3-). El 80% de la atmósfera está compuesta de NITROGENO. NN NH3

NH3 “FIJACIÓN DEL NITRÓGENO”, OXIDACIÓN DEL NITRÓGENO *Se produce en la atmósfera durante las tormentas *Rayos catalizan la oxidación de N2 y lo transforman (NO2-) y (NO3-) Llevados al suelo , por microorganismos y plantas nitrato y nitrito reductasa amoniaco (NH3) que es utilizado por los animales   Cual N2 se reduce y forma AMONIACO (NH3). Proceso es catalizado por la enzima nitrogenasa Especies de bacterias y algas la poseen CICLO DEL NITRóGENO

Aminoácidos Esenciales La dieta es importante ya que provee de aminoácidos que no pueden ser sintetizados por el organismo humano Cumplen dos funciones: A.- Biosíntesis de nuevas proteínas B.- Producción de ENERGÍA

FUENTES DE AMINOÁCIDOS Sintesis a través de otros compuestos   AMINOÁCIDOS ESENCIALES: Lisina Treonina Metionina Arginina Valina Leucina Isoleucina Fenilalanina Triftófano FUENTES DE AMINOÁCIDOS el MÚSCULO la fuente más importante de aminoácidos durante el período de ayuno dieta Sintesis a través de otros compuestos como a los carbohidratos ingresa (100 g al día) y los que son utilizados por el organismo o excretados (100 g al día).

+Toxico -Metabolito UTILIZACIÓN DEL AMONIACO Los seres humanos utilizan el nitrógeno inorgánico en forma de AMONÍACO (NH3). +Toxico -Metabolito *pH fisiológico el amoníaco se encuentra como ION AMONIO (NH4+) *La mayor parte del nitrógeno del amoníaco que va a parar a los aminoácidos y otros compuestos nitrogenados procede del NITRÓGENO del grupo amino del GLUTAMATO y el nitrógeno de la amida de la GLUTAMINA. *Conducen a la formación de GLUTAMATO, GLUTAMINA, ASPARAGINA Y CARBAMOIL FOSFATO.

BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS A.- FORMACIÓN DEL GRUPO α AMINO B.- FORMACIÓN DEL ESQUELETO DE CARBONO DEL AMINOÁCIDO C.- FORMACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES DE LA CADENA LATERAL A C B (NH3) al a cetoglutarato se forma glutamato, incorporándolo como su grupo -amino, para que posteriormente se transfiera para originar grupos a-amino de otros aminoácidos. Deriva de intermediarios del ciclo de Krebs, ciclo de las Pentosas y Glucólisis como la incorporación del grupo sulfihidrilo de la cisteína, o grupos guanidino, imidazol, hidroxilo, y amida de diversos aminoácidos.

FORMACIÓN DEL GRUPO α-AMINO

INCORPORACIÓN DEL AMONIACO AL GLUTAMATO MEDIANTE LA GLUTAMATO DESHIDROGENASA El amoniaco para entrar al metabolismo de los aminoácidos debe primero formar el grupo amino del GLUTAMATO o el grupo amida de la GLUTAMINA o de la ASPARAGINA.

El GLUTAMATO es el donador más importante del GRUPO AMINO en la síntesis de aminoácidos en las reacciones de transaminación. La glutamato deshidrogenasa

FORMACIÓN DE GLUTAMINA A PARTIR DE LA INCORPORACIÓN DE NH3 AL GLUTAMATO La GLUTAMINA es donador importante de nitrógeno (a partir del grupo amida) en la síntesis directa de compuestos como la histidina, triftofano, nucleótidos, purinas y pirimidinas, carbamoil-fosfato, aminoazúcares, NAD+, etc.

La formación de GLUTAMINA es muy importante, ya que es la forma como el NH3, puede transportarse en la sangre evitando su acción tóxica en los tejidos, en especial el cerebro. El cerebro es rico en glutamina sintetasa. LA BIOSÍNTESIS DE LOS AMINOÁCIDOS NO ESENCIALES SE PRODUCE POR UN PROCESO DE TRANSAMINACIÓN A INTERMEDIARIOS DE LA GLUCÓLISIS, CICLO DE LAS PENTOSAS O DEL CICLO DE KREBS.

TRANSAMINACIÓN El GLUTAMATO es el elemento clave donador del grupo AMINO a a-cetoácidos en reacciones catalizadas por enzimas llamadas TRANSAMINASAS. El grupo amino del glutamato es transferido a diversos a-cetoácidos (equivalentes al esqueleto de carbono de los aminoácidos) generando los correspondientes a-aminoácidos. La mayor parte de los aminoácidos comunes se forman por TRANSAMINACIÓN.

Todas las TRANSAMINASAS que se conocen tienen como COENZIMA el PIRIDOXAL FOSFATO

Formación del esqueleto del carbono

FAMILIAS DE AMINOÁCIDOS SEGÚN SU SÍNTESIS A PARTIR DE UN PRECURSOR COMÚN

CATABOLISMO DE LOS AMINOACIDOS CATABOLISMO DEL GRUPO  AMINO. 1.- DESAMINACIÓN OXIDATIVA

se pueden convertir en ACETIL CoA y ACETOACETIL CoA AMINOACIOS GLUCOGENICOS ÁCIDO PIRÚVICO CETOGLUTARATO FUMARATO OXALACETATO SUCCINIL CoA AMINOACIOS CETOGENICOS se pueden convertir en ACETIL CoA y ACETOACETIL CoA

DESTINO DE LAS CADENAS HIDROCARBONADAS DE AMINOÁCIDOS GLUCOGÉNICOS Y CETOGÉNICOS

Catabolismo del grupo carboxilo del aminoácido Bicarbonato Anhidrasa carbónica Reacciones de Descarboxilación CO2 forma Los carboxilos son eliminados mediante la resp. Al aumentar la presión parcial de CO2 (38-42mmHg)

Pérdida del grupo carboxilo del aminoácido Descarboxilación Pérdida del grupo carboxilo del aminoácido Enzimas específicas Que requieren fosfato Piridoxal Produce una amina y CO2

Putrefacción Descarboxilación que realizan las bacterias del intestino sobre las proteínas de la dieta Las aminas derivadas son las que confieren el olor característico a las proteínas putrefactas

HISTIDINA Histamina TIROSINA GLUTAMATO Tiramina Gama Amino Butarato Descarboxilación HISTIDINA TIROSINA GLUTAMATO Histamina Tiramina Gama Amino Butarato Aminas

Ciclo de la urea. Un hombre que consume 300g de carbohidratos, 100g de grasa y 100g de proteínas diariamente, excreta alrededor de 16,5g de nitrógeno al día: 95% por la orina y 5% por las heces. Para los sujetos que consumen una dieta occidental, la urea sintetizada en el hígado, liberada hacia la circulación y eliminada por los riñones, constituye de 80 a 90% del nitrógeno excretado.

Ciclo de la Urea Degradarse los aminoácidos Nitrógeno En el intestino por la flora intestinal

Glutamato deshidrogenasa, Carbamoil-fosfato sintetasa Ciclo de la Urea Procesos de descarboxilación-oxidación de las aminas Gran cantidad de AMONIACO (NH3). Es recogido por el sistema porta-hepático Es utilizado por los tres sistemas enzimáticos: Glutamato deshidrogenasa, Glutamina sintetasa Carbamoil-fosfato sintetasa Para formar glutamato, glutamina o urea.

N2 Los seres vivos del grupo de los UROTÉLICOS excretan el exceso de nitrógeno resultante de su catabolismo UREA se forma en el Higado Se elimina en los riñones N2

REACCIONES INTRA-MITOCONDRIALES 1.Formación de CARABAMIL FOSFATO La Carbamil-fosfato sintetasa I (CFS I) cataliza la condensación de NH3 + HCO3-. Esta reacción utiliza dos moléculas de ATP. Existe una enzima CFS II que utiliza a la glutamina como donador de nitrógeno y que participa en la síntesis de PIRIMIDINAS y que se efectúa en el citosol 2.Formación de CITRULINA La Ornitina transcarbamilasa cataliza la unión de la ORNITINA con el CARBAMIL FOSFATO y forma CITRULINA. Para ello se requiere que la Ornitina sea transportada al interior de la mitocondria mientras que la citrulina es transportada fuera.

REACCIONES CITOSÓLICAS 1. Formación de ARGININO-SUCCINATO En esta reacción el ASPARTATO le proporciona un segundo átomo de nitrógeno a la citrulina para formar el ARGININO SUCCINATO, reacción que es catalizada por la Arginino-succinato sintetasa   2. Formación de ARGININA La Arginino succinasa, cataliza el rompimiento del Arginino-succinato en ARGININA Y FUMARATO, este último se usa en el ciclo de Krebs. 3. Formación de UREA Mediante la Arginasa, la arginina se transforma UREA y ORNITINA; esta última molécula reinicia el ciclo.

LA GLUTAMINA COMO VEHÍCULO DEL AMONIO

La Glutamina… Es uno de los aminoácidos más abundantes del plasma Músculo :es el mayor productor El hígado, cerebro, corazón la contienen en altas concentraciones La síntesis de GLUTAMINA representa uno de los mecanismos más importantes de transporte de amonio entre los distintos órganos para su posterior utilización y excreción. Glutamino sintetasa Glutaminasa

El hígado presenta dos sistemas de utilización del amonio circulante, que son el CICLO DE LA UREA y la BIOSÍNTESIS DE GLUTAMINA. Durante la acidosis Metabólica, al disminuir la disponibilidad de bicarbonato, se forma menos urea pero aumenta la biosíntesis de glutamina a partir de amonio

ELIMINACIÓN RENAL DE LA UREA Y AMONIO

El RIÑÓN elimina el nitrógeno en forma de UREA y AMONIO. La UREA es una molécula muy hidrosoluble e inocua, con nitrógeno en su composición por lo que permite su eliminación al exterior por la orina. Es de pequeño tamaño y no tiene carga , difunde con gran facilidad. Puede pasar al intestino y transformarse otra vez en amoniaco por efecto de la ureasa de la flora intestinal y ser destoxificado por el hígado otra vez.

CIRCULACIÓN DE AMINOÁCIDOS ENTRE TEJIDOS

Los aminoácidos circulantes, mantienen una concentración constante, principalmente los no esenciales como son la ALANINA, GLUTAMINA Y GLICINA. Durante la etapa postprandial los niveles de aminoácidos dependen de la ingestión exógena de nutrientes, los cuales se distribuyen en los diferentes tejidos. Durante el estado postabsortivo,, se produce una degradación neta de proteínas de reserva , que se encuentran mayormente en el MÚSCULO; esto sucede para mantener los niveles plasmáticos normales de aminoácidos al igual que sucede con la glucosa. Principal aminoácido liberado Consumida por el HÍGADO ALANINA Liberado en menor proporción Consumida por el RIÑÓN e INTESTINO GLUTAMINA

CICLO GLUCOSA ALANINA Establecido entre el hígado y el músculo en estado postabsortivo,

actividades Elabore un resumen del la metabolización de los compuestos nitrogenados. Represente esquemáticamente el ciclo de la urea y sus mecanismos de regulación.