Metabolismo de aminoácidos Prof Lorena Bruna

Los animales pueden realizar degradación oxidativa de aminoácidos en tres situaciones metabólicas diferentes: Durante la síntesis y degradación de proteínas celulares (recambio proteico) En una dieta rica en proteínas y cuando los aminoácidos ingeridos exceden las necesidades corporales para la síntesis de proteínas. Durante la hambruna o en casos de diabetes mellitus

Degradación de aminoácidos de la dieta En la saliva, no existen enzimas con acción proteolítica. La hidrólisis de proteínas se inicia en el estómago PEPSINA

Digestión Intestino delgado, en el duodeno se produce: 1. Tripsinógeno--------------------- Tripsina Trip 2. Quimotrpsinógeno ------------------- Quimotrpsina 3. Procarboxipeptoidasa A y B--------------- Carboxipeptidasa A y B

Todos los aminoácidos, cualquiera sea su procedencia, pasan a la sangre y se distribuyen a los tejidos, sin distinción de su origen. Este conjunto de a.a. libres constituye un “fondo común” o “pool”, al cual se recurre para la síntesis de nuevas proteínas o compuestos derivados.

UTILIZACION ORIGEN Síntesis de proteínas Absorción en intestino Síntesis de Compuestos no nitrogenados Degradación de proteínas AMINOACIDOS Síntesis de aminoácidos Urea NH3 Producción de Energía glucosa acetoácidos Cuerpos cetónicos

TRANSPORTE DE AMINOACIDOS Los a.a. atraviesan las membranas a través de mecanismos de transportadores específicos. Pueden hacerlo por: Transporte activo secundario Difusión facilitada

Digestión de proteínas La digestión de las proteínas comienza en el estómago, donde el pepsinógeno se convierte en pepsina. La llegada del bolo alimenticio al intestino dispara la liberación de las hormonas colecistoquinina y secretina, las cuales promueven la secreción de las proenzimas pancreáticas. La enteropeptidasa activa el tripsinógeno y la tripsina activa el resto de las proteasas. Los péptidos y los aminoácidos son transportadosa través de los enterecitos a la circulación portal, por transporte activo o difusión facilitada.

DESTINO DE LOS AMINOACIDOS Una vez absorbidos, los aminoácidos tienen diferentes alternativas metabólicas: Utilización (sin modificación) en síntesis de nuevas proteínas especificas. b) Transformación en compuestos no proteicos de importancia fisiológica. c) Degradación con fines energéticos.

El nitrógeno, presente en la biosfera como nitrato (NO3-) o dinitrógeno (N2), debe ser reducido a amonio (NH4+) para su incorporación a proteínas. El hombre adquiere el nitrógeno mayoritariamente de las proteínas de la dieta.

El ciclo del nitrógeno

BALANCE DE NITRÓGENO El nitrógeno no tiene fuentes de almacenamiento especiales en el organismo. En los adultos sanos la degradación y la síntesis de proteínas ocurren a la misma velocidad y se mantiene el balance nitrogenado, donde el nitrógeno que ingresa y el que se excreta son similares. Niños en crecimiento, adultos en recuperación de enfermedades o embarazadas tienen balance de nitrógeno positivoporque hay síntesis neta de proteína. Cuando se excreta más nitrógeno del que se incorpora, estamos en balance de nitrógeno negativo. Esto ocurre cuando falta algún aminoácido esencial en la dieta, o en el ayuno.

Las proteínas del organismo están en continuo recambio Todo el tiempo se están degradando y sintetizando proteínas. En la especie humana, 1-2% de las proteínas, fundamentalmente musculares, están recambiándose. De los aminoácidos que se liberan, 75% se reciclan. El resto forma urea.

METABOLISMO DE AMINOACIDOS Los aminoácidos, no se almacenan en el organismo. - Sus niveles dependen del equilibrio entre biosíntesis y degradación de proteínas corporales, es decir el balance entre anabolismo y catabolismo (balance nitrogenado). - El N se excreta por orina y heces

La degradación se inicia por procesos que separan el grupo aamino. Estos procesos pueden ser reacciones de transferencia (transaminación) o de separación del grupo amino (desaminación)

Las enzimas glutamato deshidrogenasa, glutamina sintetasa y las aminotransferasas(transaminasas)tienen un rol muy importante en el metabolismo de aminoácidos.

TRANSAMINACIÓN Es la transferencia reversible de un grupo amino a un acetoacido, catalizada por una aminotransferasa, utilizando piridoxal fosfato como cofactor El a.a. se convierte en acetoácido y el acetoácido en el aminoácido correspondiente. Es decir, el grupo amino no se elimina sino se transfiere a un acetoácido para formar otro aminoácido

Los grupos α-amino se transfieren de un aminoácido a un alfa-cetoácido con las enzimas transaminasas o aminotransferasas. Suele participar el par glutamato/α-cetoglutarato. Reacciones reversibles, participan en la síntesis y degradación.

Existen transaminasas para casi todos los aminoácidos. Tienen piridoxal 5'- fosfatocomo grupo prostético. El piridoxal fosfato deriva de la vitamina B6.

El PLP se une covalentemente a la enzima, a través de una base de Schiff o imina con una lisina del sitio activo

DESAMINACIÓN El grupo amino del glutamato, puede ser separado por desaminacion oxidativa catalizada por la glutamato deshidrogenasa, utilizando NAD y NADP como coenzimas. Se forma acetoglutarato y NH3 La mayoría del NH3 producido en el organismo se genera por esta reacción

La glutamato deshidrogenasa Es una enzima alosterica activada por ADP y GDP e inhibida por ATP y GTP. Cuando el nivel de ADP o GDP en la célula es alto, se activa la enzima y la producción de acetoglutarato, alimentará el ciclo de Krebs y el NADH+ H a la cadena respiratoria y se generará ATP

El aumento en el suero de determinadas amino transferasases utilizado como marcador clínico de daño tisular. SGOT: glutamato-oxaloacetato aminotransferasa o aspartato transaminasa SGPT: glutamato-piruvato aminotransferasa o alanina transaminasa Por ejemplo, luego de un ataque cardíaco aumenta en primer lugar la creatina quinasa, luego aumenta SGOT, y más tarde SGPT.

Como el par α-cetoglutarato/glutamato participa en muchas transaminaciones, el glutamato es un intermediario prominente en la eliminación de amonio así como en vías anabólicas. El glutamato está en un “nudo” entre el amonio libre y los grupos amino de los aminoácidos. "Dado que el nitrógeno del glutamato puede ser redistribuído por transaminación, el glutamato es un buen suplemento para proteínas pobres desde el punto de vista nutricional."

Glutamato deshidrogenasautiliza deshidrogenasautiliza NADPH, incorpora amonio al glutamato para sintetizar este aminoácido y otros por transaminación, activada por ATP y GTP. utiliza NAD+, reacción anaplerótica, provee de un intermediario oxidable y NADH, activada por ADP y GDP

Glutamina La glutamina transporta amonio en la sangre. El amonio es tóxico para el sistema nervioso central. Los tejidos lo transforman en glutamina gracias a la glutamina sintetasa. En el hígado y en el riñón, la glutamina libera el amonio. A su vez, el amonio, en el hígado, forma urea. El riñón puede excretar directamente el amonio.

Glutamina sintetasa glutamato+ NH4++ ATP →glutamina+ ADP +Pi+ H+ Produce glutamina, uno de los 20 aminoácidos de las proteínas. La glutamina sirve como dador de nitrógeno en varias vías biosintéticas (purinas, citosina). La glutamina es muy abundante en la circulación, pues sirve como una forma de transporte inocua del amoníaco, que es tóxico, hacia el hígado y el riñón. Glutaminasa El hígado y el riñón tienen glutaminasa, enzima mitocondrial que libera el amonio. glutamina+ H2O →glutamato+ NH4+

Destinos del amonio En el hígado, el amonio liberado de la glutamina por la glutaminasa se utiliza para sintetizar urea. En el riñón, la formación de amonio está relacionada con la eliminación de ácido (H+), puesto que el amoníaco (NH3) liberado por la glutaminasa se protona a amonio (NH4+) gracias a su pKa de 9.3.

La vía mas importante de eliminación es la síntesis de urea en hígado También se elimina NH3, por la formación de glutamina

Ciclo de la urea 􀀄80% del nitrógeno que se excreta, lo hace en forma de urea. 􀀄Parte de las enzimas están en la matriz mitocondrial y parte en el citosol. 􀀄La arginina, con la arginasa, genera urea y ornitina en el citosol. Luego, las siguientes enzimas regeneran la arginina. 􀀄La enzima carbamoil fosfato sintetasa I mitocondrial cataliza el primer paso regulado de la síntesis de urea.

Destino de los esqueletos carbonados Todos los tejidos tienen cierta capacidad para síntesis y remodelación de aminoácidos. El hígado es el sitio principal de metabolismo de los aminoácidos. En tiempos de buena suplementación dietaria, el nitrógeno es eliminado vía transaminación, desaminación y síntesis de urea. Los esqueletos carbonados pueden conservarse como glucógeno o como ácidos grasos. Los aminoácidos pueden ser glucogénicos, cetogénicos o ambos. Los glucogénicos son los que generan piruvato o intermediarios del ciclo de Krebs como α-cetoglutarato o oxaloacetato. Los cetogénicos (Lys y Leu) generan sólo acetil-CoA o acetoacetil-CoA. En períodos de ayuno, los esqueletos carbonados se utilizan como fuente de energía, rindiendo CO2yH2O.

DESTINO DEL ESQUELETO CARBONADO DE A.A. Según el destino se clasifican en: Cetogénicos: producen cuerpos cetónicos. Glucogénicos: producen intermediarios de la gluconeogénesis (piruvato, oxalacetato, fumarato, succinilCoA o acetoglutarato). Glucogénicos y cetogénicos.

DERIVADOS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Histamina (histidina) Acido g-aminobutirico (GABA) (glutamato) Catecolaminas (Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina) (tirosina) Hormona Tiroidea (tirosina) Melatonina (triptófano) Serotonina (triptófano) Creatina (Arginina, glicina y metionina)

Biosíntesis de los aminoácidos no esenciales

Los esqueletos carbonados de los aminoácidos no esenciales pueden sintetizarse a partir de metabolitos intermediarios derivados, por ejemplo, de glucosa. Dos aminoácidos no esenciales derivan directamente de aminoácidos esenciales ( tirosina y cisteína ). cisteína Coenzimas importantes: piridoxal fosfato, folato y tetrahidrobiopterina tetrahidrobiopterina.

Síntesis de aspartato El aspartatose sintetiza por transaminación del oxalaceto. NH3+glutamato + oxalacetato alfa-cetoglutarato + aspartato

También se sintetiza aspartato por desaminación de la asparagina con la asparaginasa, análoga a la glutaminasa asparagina + H2O →aspartato + NH3

Síntesis de asparagina y glutamina La asparagina sintetasay la glutamina sintetasacatalizan la producción de asparaginay glutamina glutamato+ NH4++ ATP →glutamina+ ADP +Pi+ H+ aspartato + NH4++ ATP →asparagina+ ADP +Pi+ H+

Síntesis de alanina La alaninase sintetiza por transaminación con la enzima alanina transaminasa glutamato + piruvato α-cetoglutarato + alanina La concentración de alanina en la circulación es alta, más baja solo que la de glutamina.

CICLO DE LA GLUCOSA –ALANINA La alanina transaminasa participa en el transporte de esqueletos carbonados y nitrógeno del músculo al hígado. alanina + cetoglutarato piruvato + glutamato Músculo esquelético: el piruvato de la glucólisis se transforma en alanina a expensas de glutamato. Hígado: se regenera el piruvato para la gluconeogénesis y el amonio del glutamato puede ir al ciclo de la urea.

La glicina se sintetiza a partir de serina La glicina se sintetiza a partir de serina. La enzima utiliza tetrahidrofolato y piridoxal fosfato.

En el hígado de vertebrados, la glicina también puede sintetizarse a partir de dióxido de carbono y amonio con la glicina sintasa

O sea que la serina y la glicina son interconvertibles gracias a la serina hidroximetiltransferasa, que opera en los dos sentidos y utiliza folato (THF/MTHF) y PLP La conversión de serina en glicina es la entrada principal de unidades monocar bonadas al pool de folato.

Ácido fólico Los derivados del folato sirven como donadores de unidades monocarbonadas en diferentes estados de oxidación intermedios (metil, metilen, metenil, formil o formimino)