BIOQUIMICA II: Bioquímica del nitrógeno y regulación genética Ciclo del nitrógeno Fijación biológica del N2 Complejo nitrogenasa Biosíntesis de aminoácidos

Ciclo del nitrógeno

SIMBIOSIS: leguminosas-rhizobia Rhizobium SIMBIOSIS Nódulo

FIJACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO COMPONENTE I Molibdoferroproteína Dinitrogenasa COMPONENTE II Ferroproteína Dinitrogenasa–Reductasa XILEMA N2 + 8H + 8e - + 16 Mg - ATP 2 NH3 + H2 + 16 Mg – ADP + 16 Pi

Complejo nitrogenasa

EL NH4+ SE INCORPORA A LOS AMINOACIDOS VIA GLUTAMATO Y GLUTAMINA La reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa es: El glutamato es también un principal donante amino para otros aminoácidos en reacciones de transaminación subsecuentes. Los múltiples papeles del glutamato en el balance del nitrógeno lo convierten en una puerta entre el amoníaco libre y los grupos aminos de la mayoría de los aminoácidos.

La Reacción de Glutamina Sintasa La reacción catalizada por la glutamina sintetasa es:

La reacción de la glutamina sintetasa es también importante en varios aspectos. 1ero. . produce la glutamina, uno de los 20 aminoácidos principales. 2º. , en animales, la glutamina es el principal aminoácido encontrado en el sistema circulatorio. Su papel ahí es llevar el amoníaco a y desde varios tejidos pero principalmente de tejidos periféricos al riñón, donde el nitrógeno amida es hidrolizado por la enzima glutaminasa; este proceso regenera el glutamato y el ión amoniaco libre, que se excreta en la orina.

EL NH4+ SE INCORPORA A LOS AMINOACIDOS VIA GLUTAMATO Y GLUTAMINA

LOS AMINOACIDOS SE SINTETIZAN A PARTIR DEL CICLO DEL ACIDO CITRICO Y DE OTROS IMPORTANTES INTERMEDIARIOS METABOLICOS La bacteria E. coli, puede sintetizar la colección entera de 20 aminoácidos. El hombre no puede sintetizar 9 aminoácidos, y por tanto deben ser ingeridos. NO ESENCIALES ESENCIALES Alanina Arginina Asparragina Aspartato Cisteína Glutamato Glutamina Glicina Prolina Serina Tirosina Histidina Isoleucina Leucina Lisina Metionina Fenilalanina Treonina Triptófano Valina La deficiencia de un solo aminoácido origina un Balance nitrogenado negativo

Biosíntesis de aminoácidos (Aa) Las Vías para la biosíntesis de Aa, son variadas Tienen en común que: los esqueletos de carbono de los Aa, proceden de intermediarios de la glicolisis, de la vía de las pentosas fosfato o del ciclo del acido cítrico. Existen 6 familias biosinteticas.

Familias biosinteticas de los aminoácidos en las bacterias y plantas α-Cetoglutarato Glutamato Arginina* Prolina Glutamina Oxalacetato Aspartato Asparragina Metionina* Treonina* Isoleucina* Lisina* 3-fosfoglicerato Piruvato Serina Cisteina Glicina Alanina Valina* Leucina*

Familias biosinteticas de los aminoácidos en las bacterias y plantas Fosfoenolpiruvato + Eritrosa-4-fosfato Ribosa-5-fosfato Histidina* Fenilalanina* triptofano* Tirosina* tirosina Los aminoácidos no esenciales se sintetizan mediante reacciones muy sencillas, mientras que las vias para la formación de los esenciales son muy complejas.

ALANINA + α-cetoglutarato Piruvato + glutamato Los aminoácidos no esenciales se sintetizan mediante reacciones muy sencillas, mientras que las vias para la formación de los esenciales son muy complejas. Ejemplo: Los aminoácidos ALANINA y ASPARTATO, se sintetizan en una sola etapa a partir del Piruvato y oxalacetato, mediante transaminación usando como cofactor el PIRIDOXAL FOSFATO. ALANINA + α-cetoglutarato Piruvato + glutamato Oxalacetato + glutamato ASPARTATO + α-cetoglutarato La ASPARRAGINA se sintetiza después por amidación del asparato: ASPARRAGINA + AMP + PPi + H+ Aspartato + NH4 + ATP

FENILALANINA + O2 + NADPH + H Otra síntesis en una sola etapa de un aminoácido no esencial es la hidroxilación de la FENILALANINA (aminoácido esencial) a TIROSINA, reacción que tiene lugar en los mamíferos. FENILALANINA + O2 + NADPH + H TIROSINA + NADP + H2O Esta reacción está catalizada por la fenilalanina hidroxilasa, una monooxigenasa De esta manera la Tirosina se constituye un aminoácido esencial en el hombre que carece de esta enzima.

Biosíntesis de aminoácidos

EL GLUTAMATO es el precursor de la GLUTAMINA, de la PROLINA y de la ARGININA

La SERINA se sintetiza a partir de 3-fosfoglicerato

La CISTEINA se sintetiza a partir de SERINA Y HOMOCISTEINA

EL SIKIMATO Y CORISMATO son intermediarios en la biosintesis de aminoacidos aromaticos.

La HISTIDINA se sintetiza a partir de ATP, PRPP y GLUTAMINA

Una reacción final útil, relacionada terapéuticamente con los aminoácidos es la amidación del ácido aspártico para producir asparragina. La enzima asparragina sintasa cataliza la reacción de transamidación que requiere de ATP demostrada abajo: