METABOLISMO DE PROTEÍNAS Y AMINOÁCIDOS LIC. NUTRICIÓN – ANALISTA BIOLÓGICO QCA. BIOLÓGICA Bolilla 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.

AMINOACIDO Repasemos… 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

Repasemos… Los aminoácidos se pueden agrupar por la naturaleza de sus cadenas laterales

Algunos aminoácidos que veremos en estas clases Repasemos… Algunos aminoácidos que veremos en estas clases 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

Repasemos… Serina Treonina Ser Thr Fenilalanina Tirosina Aminoácidos 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

Aminoácidos No esenciales Aminoácidos Esenciales Repasemos… AMINOACIDOS Aminoácidos No esenciales Aminoácidos Esenciales 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 Asparagina Ac. Glutámico Glutamina Prolina Valina Fenilalanina Leucina Triptofano Isoleucina Treonina Lisina Histidina** Metionina Arginina** ** En humanos, Histidina es esencial en niños y Arginina es parcialmente esencial.

¿Cuáles son sus funciones importantes en el organismo? AMINOÁCIDOS ¿Cuáles son sus funciones importantes en el organismo? Forman parte de todas las proteínas estructurales (colágeno, elastina) funcionales (miosina del músculo, hemoglobina) protectoras (queratina del pelo y uñas) catalíticas (enzimas), etc. Son precursores en la biosíntesis de compuestos biológicos esenciales nucleótidos (púricos y pirimidínicos) hormonas (tiroxina y adrenalina) coenzimas porfirinas, etc.

METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS ORIGEN Exógeno: Dieta - Absorción en intestino Degradación de proteínas endógenas -Acción de Proteasas Síntesis de aminoácidos (Principalmente en hígado) Balance Nitrogenado UTILIZACION Síntesis de proteínas Síntesis de compuestos nitrogenados no proteicos Degradación y producción de Energía AMINOACIDOS (fondo metabólico común)

PROTEÍNAS Y AMINOÁCIDOS EN LA DIETA Dieta equilibrada: alimentos con un contenido proteico no menor al 3 % Calidad de las proteínas que forman parte de la dieta: está relacionada con su composición en aminoácidos esenciales y su digestibilidad. Proteínas de alta calidad: contienen todos los aminoácidos esenciales y una digestibilidad similar a las proteínas de la clara de huevo o de la leche. Las proteínas animales: son de mejor calidad que las de origen vegetal.

DESVENTAJAS DE ALGUNAS PROTEINAS DE LA DIETA Intolerancia al “gluten” conjunto de proteínas presente en: Harinas de trigo, avena, cebada, centeno (TACC) (Enfermedad celíaca) proteína GLIADINA -fracción del gluten -rica en Glutamina, Prolina -no es digerible frutos secos, ciertas frutas, legumbres, huevos, crustáceos, pescado, algunas semillas Alergenos

DIGESTIÓN DE PROTEÍNAS -1) A diferencia de los hidratos de carbono y lípidos: La digestión de proteínas comienza y ocurre en forma significativa en el estómago. -2) Se completa en el intestino delgado gracias a enzimas proteolíticas elaboradas por las células exócrinas del páncreas

  ¿En dónde ocurre la digestión de las proteínas?  

Digestión de Proteínas 1) En el estómago Células Parietales HCl Hormona GASTRINA Células Principales Pepsinógeno Pepsinógeno H Cl Pepsina + resto de 42 Aa. Proenzima Enzima activa pH 1,5-2,5 -NH2 NH2 -NH2

¿Como actúa la pepsina? ES UNA ENDOPEPTIDASA HIDROLIZA UNIONES PEPTIDICAS ACTUA SOBRE GRUPOS AMINOS DE Aa AROMATICOS

SECRECIÓN PANCREÁTICA pH Secretina (Hormona) H+ HCO3- Pancreozimina o Colecistoquinina (Hormona) Aminoácidos Enzimas pancreáticas

Digestión de Proteínas 2) En Duodeno e Intestino Tripsinógeno Enteroquinasa INACTIVOS ACTIVOS Tripsina Quimotripsina Quimotripsinógeno T R I P S N A Procarboxipeptidasas A y B Carboxipeptidasas A y B Proelastasa Elastasa

¿Qué tipo de enlaces peptídicos hidrolizan ? Tripsina (endopeptidasa) : grupos carbonilo de lisina y arginina Quimotripsina (endopeptidasa) grupos carboxilo de fenilalanina, tirosina, triptofano Las carboxipeptidasas (exopeptidasas) eliminan restos carboxilos terminales.

ABSORCIÓN DE LOS AMINOACIDOS SISTEMAS DE TRANSPORTE Aminoácidos neutros pequeños: Alanina,serina Aa. neutros y aromáticos grandes:isoleucina,tirosina Aminoácidos básicos: Arginina Iminoácidos: Prolina Aminoácidos ácidos: Glutamato Transporte Mediado Activo CELULAS (intestinales, renales, hepáticas, etc.) Difusión facilitada

AMINOÁCIDOS α - cetoácidos amoníaco Fuentes exógenas (aprox. 70 g/día) Fuentes endógenas (aprox.140 g/día) Proteínas de la dieta Proteínas de membranas, (vegetales o animales) enzimas, hormonas, etc. Digestión y absorción Degradación AMINOÁCIDOS No se almacenan DEGRADACIÓN PRECURSORES DE BIOSÍNTESIS Transaminación y Desaminación - Proteínas - Aminoácidos No esenciales Constituyentes nitrogenados no proteicos: purinas, pirimidinas, porfirinas, ácidos biliares. α - cetoácidos amoníaco

¿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

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 α - cetoácidos amoníaco (Esqueletos carbonados) Urea Glucosa Cuerpos cetónicos Orina Acetil-CoA, Ciclo de Krebs CO2 + H2O + ATP

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

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) PLP: piridoxal fosfato piridoxamina fosfato

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

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 - 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.

Vías de separación 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

DESAMINACION OXIDATIVA TRANSDESAMINACION TRANSAMINACION DESAMINACION OXIDATIVA Aminoácido a-cetoglutarato NADH + H+ NH4+ + Glutamato deshidrogenasa Transaminasa a-cetoácido Glutamato NAD+

TRANSDESAMINACION Destino final del grupo amina de los aminoácidos BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic. (2007)

VÍAS DE SEPARACIÓN DEL GRUPO a-AMINO - Reacciones de Transaminación - Reacciones de Desaminación Oxidativa No Oxidativa

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

EL AMONIACO Ó ION AMONIO ES TOXICO Y Origen del amoníaco Reacciones de desaminación: oxidativa y no oxidativas Bacterias intestinales y posterior absorción. EL AMONIACO Ó ION AMONIO ES TOXICO Y DEBE SER ELIMINADO

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

Transporte de NH3 en forma de Glutamina Glutamina sintetasa ¿Cómo se elimina el exceso de NH3? Transporte de NH3 en forma de Glutamina Glutamina sintetasa (reacción irreversible, en mitocondrias, Hígado, músculo, riñón, cerebro) L-Glutamato Glutamina sintetasa Glutamina sintetasa L-Glutamina

(mitocondrias de hígado ¿Cómo se elimina el exceso de 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

TRANSPORTE Y DESTINO DEL AMONÍACO La mayoría de los tejidos Hígado Músculo Aminoácidos Glutamato Glutamato Glutaminasa Glutamato deshidrogenasa Glutamina sintetasa a-ceto glutarato a-ceto glutarato Glutamato Glutamato Glutamina Glutamina Piruvato Alanina Piruvato Alanina Ciclo de la Glucosa Alanina Glucosa Glucosa

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

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

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 KREBS transaminación Aminoácidos OXALACETATO

(a) Mecanismo de carbamil fosfato sintetasa (b) Mecanismo de arginino-succinato sintetasa

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

Grupos amino entrantes al Ciclo de la Urea a través de Glutamato deshidrogenasa mitocondrial o Glutaminasa

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

REGULACIÓN DEL CICLO DE LA UREA Carbamil fosfato sintetasa I (+) N-Acetil glutamato Regulación a corto plazo Biosíntesis de las enzimas del ciclo (+) Aumento proteínas de la dieta (+) Aumento degradación proteínas endógenas (Inanición ) Regulación a largo plazo

Regulación del Ciclo de la Urea N-acetilglutamato sintasa Carbamil fosfato sintetasa

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 grs. de urea diarios

Ciclo de Krebs y Ciclo de la Urea Interconexión entre Ciclo de Krebs y Ciclo de la Urea MDH GOT Oxalacetato MDH Fumarasa

Ciclo de Krebs y Ciclo de la Urea Interconexión entre Ciclo de Krebs y Ciclo de la Urea MITOCONDRIA Ciclo de Krebs CICLO DE LA UREA Fumarato Aspartato a-cetoglutarato GDH Glutamato GOT Malato Oxalacetato

Bibliografia 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). 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).