METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS UNSL-LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA Tema 8 METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS - Digestión de proteínas y Absorción de aminoácidos. Metabolismo de aminoácidos- Degradación y eliminación de Nitrógeno: Reacciones de Transaminación, Desaminación oxidativa del Glutamato, Desaminación No oxidativa. - Ciclo de la Urea. - Catabolismo del esqueleto carbonado: Aminoácidos Glucogénicos y Cetogénicos. Funciones precursoras de los Aminoácidos. Importancia de las vitaminas en el funcionamiento de estas vías.

la necesidad energética DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS ¿Qué proporción de la necesidad energética cubre? 10% del total (90% restante lo proveen Hidratos de C y Lípidos) ¿Mediante qué procesos ocurre? Transaminación y Desaminación Esqueletos carbonados α - cetoácidos amoníaco Urea Glucosa Cuerpos cetónicos Excreción (Orina) Acetil-CoA, Ciclo de Krebs CO2 + H2O + ATP

¿En qué condiciones metabólicas? DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS Genera energía metabólica ¿En qué condiciones metabólicas? Recambio proteico: síntesis y degradación normales Dieta rica en proteínas: el excedente de la síntesis de proteínas Inanición, Diabetes: no hay glúcidos disponibles

Vías de eliminación del grupo α-amino - Reacciones de Transaminación - Reacciones de Desaminación Oxidativa No Oxidativa

Aminotransferasa o Transaminasa Transaminación Piridoxal Fosfato (Vit B6) Aminotransferasa o Transaminasa α-aminoácido (R) α-cetoácido (R’) α-aminoácido (R’) α-cetoácido (R) Vit B6: PLP: fosfato de piridoxal Fosfato de piridoxamina

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 ó ALT Localización citoplasmática. Particularmente abundante en hígado, corazón y músculo. Importante en la clínica.

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

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: piruvato alanina oxaloacetato aspartato α-cetoglutarato glutamato

Vías de eliminación del grupo α-amino - Reacciones de Transaminación - Reacciones de Desaminación Oxidativa No Oxidativa

Desaminación oxidativa del Glutamato α-cetoglutarato Glutamato deshidrogenasa (+) ADP y GDP (-) ATP y GTP (matriz mitocondrial) Degradación y síntesis de Glutamato En la mayoría de los tejidos

Treonina deshidratasa Desaminación no oxidativa Serina PLP Serina deshidratasa H2O C O - H 3 Piruvato + NH4+ Treonina C O - H 2 CH3 α-cetobutirato + NH4+ PLP Treonina deshidratasa H2O

los tres α-cetoácidos: Todos los aminoácidos( excepto lisina y treonina) participan en reacciones de Transaminación con los tres α-cetoácidos: BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic. (2007) Destino final del grupo amina de los aminoácidos Relación TRANSAMINACIÓN y DESAMINACIÓN OXIDATIVA = TRANSDESAMINACIÓN

TRANSDESAMINACIÓN TRANSAMINACIÓN DESAMINACIÓN OXIDATIVA NH4+ Aminoácidos a-cetoglutarato NADH + H+ NH4+ + Glutamato deshidrogenasa Transaminasas a-cetoácidos Glutamato NAD+ Destino final del grupo amina de los aminoácidos Relación TRANSAMINACIÓN y DESAMINACIÓN OXIDATIVA = TRANSDESAMINACIÓN

Origen del amoníaco (NH3) Reacciones de desaminación: oxidativa del Glutamato y no oxidativas Bacterias intestinales (alimentos nitrogenados) y posterior absorción EL AMONIACO Ó ION AMONIO ES TÓXICO Y DEBE SER ELIMINADO

Transporte de NH4+ en forma de Glutamina Glutamina sintetasa ¿Cómo se transporta el NH3 tóxico? Transporte de NH4+ en forma de Glutamina Glutamina sintetasa (reacción irreversible, en mitocondrias, Hígado, riñón, músculo, cerebro) L-Glutamato Glutamina sintetasa Glutamina sintetasa Molécula con 2 restos aminados Forma segura de transporte de N Transporte hacia hígado y riñón L-Glutamina

(mitocondrias de hígado ¿Cómo se elimina el NH3? Glutaminasa (mitocondrias de hígado y riñón) Extraído de Lehninger, 2008. L-Glutamina L-Glutamato Glutaminasa Molécula pequeña Sin carga Atóxica Difusible Soluble Elimina NH3 y CO2

Desde tejidos periféricos al Hígado o Riñón Importancia de Glutamina Transporte de NH4+ Desde tejidos periféricos al Hígado o Riñón Importancia de Glutamina Feduchi, Blasco, Romero, Yañez. Bioquímica. 1° Edición (GuíaTP Qca. Biológica, 2016)

Desde Músculo al Hígado Ciclo de la Glucosa - Alanina Transporte de NH4+ Desde Músculo al Hígado Ciclo de la Glucosa - Alanina LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008).

Toxicidad del amoníaco Generalizando…. Toxicidad del amoníaco Mecanismos que determinan la toxicidad del NH3 Afectan el metabolismo energético (cerebro es el más sensible) Acumulación de Glutamina: sangre, tejidos, líquido cefalorraquídeo En cerebro produce edema, aumento de presión intracraneal Inhibición de lanzadera Malato-Aspartato: aumento de síntesis de Glutamina reduce niveles de Glutamato, esto inhibe la lanzadera Mal-Asp. Aumenta Lactato y disminuye pH cerebral Activación de la Glicólisis: NH3 aumenta actividad de Fosfofructoquinasa Inhibición del Ciclo de Krebs: aumento de síntesis de Glutamato por Glutamato deshidrojenasa, drenaje de alfaceto-glutarato del Ciclo de Krebs y disminución de la actividad del C de Krebs

Toxicidad del amoníaco (Inhibición del Ciclo de Krebs) Glutamato α-cetoglutarato Glutamato deshidrogenasa α-cetoglutarato Ciclo de Krebs ATP Valores normales de NH3: 5-30 mM en sangre

ELIMINACION DEL AMONIACO AMONOTELICOS: Especies acuáticas como peces óseos. URICOTELICOS: Aves y reptiles UREOTELICOS: Animales terrestres y el hombre CICLO DE LA UREA NH3 Acido úrico Urea

MITOC. CITOSOL (HÍGADO) KREBS OXALACETATO ¿Cómo se elimina el exceso de NH3? MITOC. CITOSOL (HÍGADO) KREBS transaminación Aminoácidos OXALACETATO

¿De dónde provienen los restos de NH4+ que se incorporan a la Urea? 1° Grupo amino entrante: -Desde Glutamato por Glutamato deshidrogenasa mitocondrial -Desde Glutamina por Glutaminasa CICLO DE LA UREA 2° Grupo amino entrante: Desde Aspartato por Transaminación

GASTO ENERGETICO DEL CICLO DE LA UREA Formación de Carbamilfosfato: 2 ATP Ingreso de Aspartato: 1 ATP AMP + PPi 2 Pi EN TOTAL: 4 uniones ricas en energía ó 3 ATP

PROPIEDADES DE LA UREA Molécula pequeña, sin carga. Difusible Soluble Atóxica El 50% de su peso es nitrógeno. Permite la eliminación de 2 productos de desecho: CO2 y NH3 Valores Normales: 25-30 gr de urea diarios

Ciclo de Krebs y Ciclo de la Urea Interconexión entre Ciclo de Krebs y Ciclo de la Urea Fumarasa (citosólica) GOT Oxalacetato MDH Fumarasa (mitocondrial)

Catabolismo de aminoácidos Proteínas intracelulares Proteínas dietarias Aminoácidos Esqueleto carbonado NH4+ Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y aminas biológicas Carbamil fosfato α-cetoacidos CICLO DE LA UREA CICLO DE KREBS Interconexión Aspartato-arginino succinato CO2 + H2O + ATP Oxalacetato UREA (producto de excreción del nitrógeno) Glucosa (gluconeogénesis) Catabolismo del nitrógeno de aminoácidos (GuíaTP Qca. Biológica, 2016)

METABOLISMO DE PROTEÍNAS Y AMINOÁCIDOS LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA Tema 8 METABOLISMO DE PROTEÍNAS Y AMINOÁCIDOS - Digestión de proteínas y Absorción de aminoácidos. - Metabolismo de aminoácidos- Degradación y eliminación de Nitrógeno: Reacciones de Transaminación, Desaminación oxidativa del Glutamato, Desaminación No oxidativa. - Ciclo de la Urea. - Catabolismo del esqueleto carbonado: Aminoácidos Glucogénicos y Cetogénicos. - Funciones precursoras de los Aminoácidos.

Catabolismo de aminoácidos Proteínas intracelulares Proteínas dietarias Aminoácidos Esqueleto carbonado NH4+ Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y aminas biológicas Carbamil fosfato α-cetoacidos CICLO DE LA UREA CICLO DE KREBS Interconexión Aspartato-arginino succinato CO2 + H2O + ATP Oxalacetato UREA (producto de excreción del nitrógeno) Glucosa (gluconeogénesis) Catabolismo del nitrógeno de aminoácidos

la necesidad energética Repasemos….. DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS ¿Qué proporción de la necesidad energética cubre? 10% del total (90% restante lo proveen Hidratos de C y Lípidos) ¿Mediante qué procesos ocurre? Transaminación y Desaminación α - cetoácidos amoníaco Esqueletos carbonados Urea Glucosa Cuerpos cetónicos Orina Acetil-CoA, Ciclo de Krebs CO2 + H2O + ATP

AMINOACIDOS CETOGENICOS Y GLUCOGENICOS ¿En qué se pueden convertir los esqueletos carbonados de los Aminoácidos? Aminoácidos Glucogénicos: Los esqueletos carbonados pueden utilizarse para la síntesis de glucosa por gluconeogénesis (Ej: Aspártico, Alanina) Aminoácidos Cetogénicos: Los esqueletos carbonados pueden ser convertidos en cuerpos cetónicos (Ej: Leucina y Lisina) Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos: Fenilalanina, Tirosina, Triptofano

DESTINO DE LOS ESQUELETOS CARBONADOS Cuerpos Cetónicos Glucosa DESTINO DE LOS ESQUELETOS CARBONADOS DE LOS AMINOÁCIDOS Fig 7.5 Destino del esqueleto carbonado de los aminoácidos. Feduchi, Blasco, Romero, Yañez. Bioquímica. 1° Edición, 2010

RUTAS DE DEGRADACION DE LOS CARBONOS PROVENIENTES DE AMINOÁCIDOS Se producen 6 productos diferentes: ACETIL-CoA PIRUVATO OXALACETATO a-CETOGLUTARATO SUCCINIL-CoA FUMARATO GLUCONEOGENESIS TODOS LOS CARBONOS DE LOS AMINOÁCIDOS PUEDEN DEGRADARSE A CO2 EN EL CICLO DE KREBS

Destino del esqueleto carbonado de los Aminoácidos

Metabolismo de la Fenilalanina y Tirosina Los dos aminoácidos se degradan por la misma vía y dan lugar a fumarato y acetoacetato A partir de Fenilalanina se forma tirosina por ello se la considera aminoácido esencial Fenilalanina también puede transaminar para dar los cetoácidos fenilpirúvico y fenilláctico (vía poco activa)

Reacción de la Fenilalanina Hidroxilasa TIROSINA H4-biopterina H2-biopterina Dihidropterina reductasa NADP+ NADPH + H+ Oxigenasa de función mixta: -OH y H2O

Fenilcetonuria 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 encontrar alimentos que alertan 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.

Metabolismo de los Aminoácidos Fenilalanina y Tirosina Enfermedades del Metabolismo de los Aminoácidos Fenilalanina y Tirosina -Fenilcetonuria (PKU) -Albinismo -Alcaptonuria

AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Histamina, Tiramina, Triptamina. Acido g-aminobutirico (GABA) Catecolaminas (Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina) Hormonas Tiroideas Melatonina Serotonina Creatina

AMINOACIDOS COMO PRECURSORES EN LA BIOSINTESIS DE AMINAS BIOLOGICAS Muchas de las aminas biológicas formadas por descarboxilación de algunos aminoácidos son sustancias de importancia funcional Para este proceso de síntesis el organismo utiliza piridoxal fosfato (PLP) como coenzima

SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Histidina Descarboxilasa (PLP) Histamina Tiramina Tirosina Triptofano Triptamina CO2 Glutamato GABA

La Histamina posee acción vasodilatadora, disminuye la presión sanguínea, colabora en la constricción de los bronquiolos, estimula la producción de HCl y estimula la pepsina en estómago, se libera bruscamente en respuesta al ingreso de sustancias alergenas en los tejidos Tiramina y triptamina son sustancias vasoconstrictoras El Acido γ-aminobutírico (GABA) es un compuesto funcionalmente muy importante es un intermediario químico regulador de la actividad neuronal es inhibidor de la transmisión del impulso nervioso

SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Precursor: L-Tirosina - Síntesis de Adrenalina

SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Resumen de la vía de síntesis de Adrenalina

Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina Las catecolaminas, Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina se producen en el sistema nervioso y en la medula adrenal son vasoconstrictores en algunos tejidos y vasodilatadores en otros aumentan la frecuencia cardíaca son relajantes del músculo bronquial estimulan la glucógenolisis en músculo estimulan la lipólisis en tejido adiposo

FUNCIONES PRECURSORAS DE LOS AMINOACIDOS GLICINA: Purinas, Hemo, Glutatión SERINA: Derivados de folato, esfingosina. METIONINA: SAM (S-adenosilmetionina) GLUTAMINA y GLUTAMATO: GABA FENILALANINA y TIROSINA: Catecolaminas TIROSINA: Tiramina, Melanina, Hormonas tiroideas. TRIPTOFANO: Serotonina, Triptamina, Melatonina, Acido nicotínico.. ARGININA: Oxido Nítrico SERINA Y METIONINA: Acetilcolina HISTIDINA: Histamina. ARGININA, GLICINA Y METIONINA: Creatina

AMINOÁCIDOS PRECURSORES DE COMPUESTOS AMINADOS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Glutamato Cisteína Glicina Glutatión Glutatión (GSH) Amortiguador de óxido-reducción Colabora en mantener reducidos los –SH de las proteínas Elimina peróxidos tóxicos en condiciones aeróbicas Biosíntesis de Glutatión (animales, plantas, bacterias)

AMINOÁCIDOS PRECURSORES DE COMPUESTOS AMINADOS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Aminoácidos precursores del núcleo de purina (Nucleótidos de Purina)

AMINOÁCIDOS PRECURSORES DE COPUESTOS NITROGENADOS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Tirosina Melanina

Metabolismo de los Aminoácidos Fenilalanina y Tirosina Enfermedades del Metabolismo de los Aminoácidos Fenilalanina y Tirosina -Fenilcetonuria (PKU) -Albinismo -Alcaptonuria

AMINOÁCIDOS PRECURSORES DE COMPUESTOS NITROGENADOS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Tirosina Hormonas Tiroideas: Triiodo-tironina (T3) Tiroxina (T4)

Metabolismo de Aminoácidos Integración entre órganos

Bibliografia 1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 9a edic., Bs. As. (2011). 2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008). 3- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San Luis. 4- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010).