QUIMICA BIOLOGICA IA, LCyTA, LBM Bolilla 7 (IA y LCyTA). Macronutrientes: Proteínas. Proteínas de los alimentos. Importancia. Digestión de proteínas. Acción de proteasas y peptidasas. Metabolismo de aminoácidos. Absorción de aminoácidos. Vías generales del metabolismo de aminoácidos. Degradación de aminoácidos: transaminación. Desaminación oxidativa. Destino metabólico del amonio formado. Ciclo de la urea. Destino de las cadenas carbonadas. Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos. Modificación de los alimentos: Pardeamiento enzimático. Fijación de nitrógeno. Biosíntesis de aminoácidos. Los aminoácidos como precursores de otras biomoléculas. BOLILLA 8 (LBM): PROTEINAS Y AMINOACIDOS. Digestión de proteínas. Absorción de aminoácidos. METABOLISMO DE AMINOACIDOS: Catabolismo del nitrógeno de aminoácidos. Transaminación. Desaminación oxidativa del glutamato. Desaminación no oxidativa. Vías metabólicas del amoníaco. Formación de glutamina. Glutaminasa. Formas de excreción del nitrógeno (amoniotélicos, ureotélicos y uricotélicos). Formación de urea: Ciclo de la ornitina. Costo energético. Interconexión con el ciclo de Krebs. Ciclo de la glucosa-alanina. Catabolismo del esqueleto carbonado de los aminoácidos. Aminoácidos cetogénicos y glucogénicos. Vías metabólicas a piruvato. Vías del alfa-cetoglutarato, del oxalacetato, de fumarato y acetoacetil CoA. Biosíntesis de aminoácidos no esenciales. Funciones precursoras de los aminoácidos. Biosíntesis de aminas biógenas: Adrenalina, Noradrenalina, dopamina, histamina,triptamina, tiramina, ác. gamma aminobutírico, serotonina. Síntesis de: Glutatión, creatina, creatinina y óxido nítrico

MAPA METABOLICO

Conocimientos previos: Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Conocimientos previos: - 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.

Diversidad de Proteínas Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Diversidad de Proteínas Quimotripsina Proteínas de membrana Luciferasa Hemoglobina Queratina Extraído de Lehninger, 2008.

Valor biológico de la proteína (VB) Glicinina (Soja) Valor biológico de la proteína (VB) Utilización neta de la proteína (UNP) A mayor cantidad de aminoácidos esenciales, mayor VB proporción de proteína absorbida y utilizada por el organismo (menos la eliminada).

AMINOACIDOS# Aminoácidos no esenciales Aminoácidos esenciales para Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS AMINOACIDOS# Aminoácidos no esenciales Aminoácidos esenciales para peces*, aves* y humanos** Sintetizados por el organismo. No son sintetizados por el organismo. Deben ser incorporados con la dieta. Mantener el crecimiento y el equilibrio nitrogenado. Alanina Glicina Serina Tirosina Cisteína Ac. Aspártico Ac. Glutámico Glutamina Asparagina Prolina Valina Fenilalanina Leucina Triptofano Isoleucina Treonina Lisina Histidina** Metionina Arginina** # Los 20 AAs pueden ser sintetizados por los vegetales. * Peces y aves requieren, además, otros aminoácidos esenciales. ** En humanos, Histidina es esencial en niños y Arginina es parcialmente esencial.

METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS Los aminoácidos desempeñan muchas funciones importantes en los seres vivos ya que participan en la biosíntesis de compuestos nitrogenados tales como: Proteínas nucleótidos hormonas (tiroxina y adrenalina) coenzimas Porfirinas 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) defensa (anticuerpos)

AMINOACIDO Repasemos… Grupo carboxilo (disociado) Grupo amino Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Repasemos… AMINOACIDO Grupo carboxilo (disociado) Grupo amino (protonado) Si estos aminoácidos esenciales no están presentes al mismo tiempo y en proporciones específicas, los otros aminoácidos, todos o en parte, no pueden utilizarse para construir las proteínas humanas. Cuando hay una carencia de alguno de ellos, los demás aminoácidos se convierten en compuestos productores de energía, y se excreta su nitrógeno Carbono a Cadena lateral

Algunos aminoácidos que veremos en esta clase Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Algunos aminoácidos que veremos en esta clase Alanina Ala Aspartato Asp Glutamato Glu Glutamina Gln AA neutro o alifático AAs ácidos Si estos aminoácidos esenciales no están presentes al mismo tiempo y en proporciones específicas, los otros aminoácidos, todos o en parte, no pueden utilizarse para construir las proteínas humanas. Cuando hay una carencia de alguno de ellos, los demás aminoácidos se convierten en compuestos productores de energía, y se excreta su nitrógeno AA amida

Serina Treonina Ser Thr Fenilalanina Tirosina Aminoácidos aromáticos Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Serina Ser Treonina Thr AAs hidroxilados Fenilalanina Tirosina Si estos aminoácidos esenciales no están presentes al mismo tiempo y en proporciones específicas, los otros aminoácidos, todos o en parte, no pueden utilizarse para construir las proteínas humanas. Cuando hay una carencia de alguno de ellos, los demás aminoácidos se convierten en compuestos productores de energía, y se excreta su nitrógeno Aminoácidos aromáticos

Repasemos… n H N C R O Uniones peptídicas AA amino terminal AA carboxilo terminal H 2 N C R 1 O 2-n 3

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 Degradación Biosíntesis α - cetoácido amoníaco - Proteínas - Aminoácidos No esenciales Constituyentes nitrogenados no proteicos: purinas, pirimidinas, porfirinas, ácidos biliares. NH3

¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano? Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS ¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano? Secretina CO3H- Colecistoquinina Extraído de Lehninger, 2008.

Digestión de Proteínas I) En el estómago Células Parietales GASTRINA ACETILCOLINA HISTAMINA HCl Células Principales Pepsinógeno LUMEN Citosol de la Célula Parietal K+ H+ ATP ADP + Pi Membrana apical Cl- H+- K- ATP asa

Digestión de Proteínas I) En el estómago Células Parietales GASTRINA ACETILCOLINA HISTAMINA HCl Células Principales Pepsinógeno Autocatálisis HCl Pepsinógeno Pepsina + péptido de 42 Aa. Proenzima -NH2 pH 1,5-2,5 Enzima activa -NH2 -NH2

Digestión de proteínas en el estómago por acción de la Pepsina Péptidos de alto PM COO- Phe Leu NH3+ Arg COO- NH3+ Arg Phe Leu Pepsina H2O ES UNA ENDOPEPTIDASA. HIDROLASA ACTUA SOBRE GRUPOS AMINO DE AMINOACIDOS AROMATICOS HIDROLIZANDO LAS PROTEINAS A POLIPEPTIDOS DE ALTO PM.

(células S del duodeno) Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS ¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano? SECRETINA (células S del duodeno) COLECISTOQUININA (céls. I del duodeno) CO3H- Extraído de Lehninger, 2008.

SECRECION PANCREATICA HCO3- Contenido estomacal ácido pH Secretina Colecistoquinina Proenzimas o zimógenos

Digestión de Proteínas II) En Duodeno e Intestino Tripsinógeno Enteroquinasa (enzima secretada por céls. del duodeno ) Autocatálisis INACTIVOS ACTIVOS Tripsina Quimotripsina Quimotripsinógeno T R I P S N A Procarboxipeptidasas A y B Carboxipeptidasas A y B Proelastasa Elastasa

QUE TIPO DE ENLACES PEPTIDICOS HIDROLIZAN ?? Tripsina (endopeptidasa): grupos carboxilo de AA diaminados, por ej. lisina y arginina Quimotripsina (endopeptidasa) grupos carboxilo de AA aromáticos, por ej. fenilalanina, tirosina, triptofano . Elastasa (endopeptidasa) hidroliza preferentemente enlaces peptídicos adyacentes a AAs de cadena alifática, por ej. Leu, Ala, etc. Carboxipeptidasas (exopeptidasas) eliminan AAs carboxilo terminales.

Digestión intraluminal de proteínas por acción de proteasas pancreáticas NH3+ Arg COO- Arg COO- NH2 AA Básicos Carboxi- Peptidasa B COO- NH3+ Arg Phe Leu Tripsina NH3+ COO- Oligopéptidos Phe NH3+ COO- Peptidasas Quimotripsina NH3+ COO- Carboxi- Peptidasa A Elastasa Leu NH3+ COO- Leu COO- NH2 Phe AA Neutros

¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano? Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS ¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano? Las proteínas vegetales son menos digeribles que las de origen animal. Las ricas en Prolina, como gluten y caseína, son relativamente resistentes a la digestión. La cocción desnaturaliza las proteínas y las hace más accesibles a las hidrolasas. Secretina CO3H- Colecistoquinina Aminoácidos Dipéptidos Tripéptidos Extraído de Lehninger, 2008.

Absorción intestinal de aminoácidos y péptidos - Existen múltiples transportadores determinados por la diferencia de tamaño y carga de los 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.

Transporte intestinal de aminoácidos Ocurre por varios mecanismos: % Relativo para Alanina T. activo dependiente de Na+ 75% T. mediado pasivo independiente de Na+ 20% Difusión simple < 5% LUMEN INTESTINAL Aminoácidos Aminoácidos Na+ Aminoácidos Aminoácidos Na+ K+ ATP → ADP+Pi ENTEROCITO Aminoácidos SANGRE PORTAL

Transporte intestinal de péptidos pequenos Transporte activo de di- y tripéptidos acoplado a hidrogeniones LUMEN INTESTINAL Péptidos 2H+ Péptidos H+ Na+ Na+ K+ ATP → ADP+Pi Peptidasas citosólicas Aminoácidos Péptidos ENTEROCITO Aminoácidos SANGRE PORTAL

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

Fuentes exógenas Fuentes endógenas Proteínas de la dieta ANIMALES Proteínas de membranas, (vegetales o animales) enzimas, hormonas, etc. Digestión y absorción Degradación y Recambio AMINOACIDOS Transaminación y/ó Desaminación Degradación Biosíntesis α - cetoácido amoníaco - Proteínas - Aminoácidos No esenciales Constituyentes nitrogenados no proteicos: purinas, pirimidinas, porfirinas, ácidos biliares. NH3

la proteína ha cumplido su ciclo vital, Recambio de proteínas El recambio (que implica la degradación de las proteínas) ocurre como consecuencia de las siguientes situaciones: la proteína ha cumplido su ciclo vital, la proteína ha sufrido un daño que provoca la destrucción de la misma, por ej. por compuestos tóxicos, radicales libres, metales pesados, etc.; ó 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. Por ejemplo: Las proteínas estructurales tienen una vida media larga (de días a meses). Aquellas que cumplen funciones de regulación ó señalización tienen una vida media corta, (de minutos u horas).

DEGRADACION DE PROTEINAS ENDOGENAS Proteasas lisosomales ó CATEPSINAS AUTOFAGIA (Premio Nobel de Medicina 2016- Yoshinori Ohsumi) PROTEASOMAS (Premio Nobel de Química 2004-Hershko, Ciechanover, Rose) CALPAÍNAS CASPASAS Degradan proteínas extracelulares que ingresan por endocitosis. Degradan proteínas celulares propias de vida media larga. Complejos multienzimáticos. Degradan proteínas de vida media corta. Proteasas citosólicas activadas por Ca++ Proteasas que participan en el proceso de muerte celular programada ó apoptosis

Yoshinori Ohsumi, Premio Nobel de Medicina 2016- Autofagia Yoshinori Ohsumi, Premio Nobel de Medicina 2016-

PROTEASOMA (Principal vía de proteólisis selectiva): las proteínas a degradar son «marcadas» por inserción de  Ubiquitina (polipéptido de 76 aminoácidos) Proteína poliubiquitinada Proteasa tipo caspasa tipo tripsina tipo quimotripsina E1: enzima activante, E2: enzima condensante, E3: proteína ligasa. DUBs: deubiquitinasas (hidrolasas)

Gluconeogénesis

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 Degradación Biosíntesis α - cetoácido amoníaco - Proteínas - Aminoácidos No esenciales Constituyentes nitrogenados no proteicos: purinas, pirimidinas, porfirinas, ácidos biliares. NH3

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

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

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

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

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

Posibles Transaminaciones

Bibliografía METABOLISMO DE AMINOACIDOS Química Biológica 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).