Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS BOLILLA 8: Metabolismo de Aminoácidos. Digestión y absorción de Proteínas. Catabolismo de aminoácidos. Transaminación. Desaminación oxidativa y no oxidativa. Descarboxilación. Transporte de amoníaco: síntesis de glutamina. Glutaminasa. Organismos ureotélicos, uricotélicos y amoniotélicos. Ciclo de la urea. Costo energético. Destino del esqueleto carbonado. Aminoácidos cetogénicos y glucogénicos. Compuestos nitrogenados de importancia biológica derivados de aminoácidos.

Metabolismo de aminoácidos Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Metabolismo 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

Desaminación oxidativa del glutamato Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Desaminación oxidativa del glutamato Glutamato α-cetoglutarato Glutamato deshidrogenasa (+) ADP y GDP (-) ATP y GTP

Desaminación oxidativa por aminoácido oxidasas peroxisomales Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Desaminación oxidativa por aminoácido oxidasas peroxisomales L-aminoácido oxidasa E-FMNH2 + O2 E-FMN + H2O2 L-aminoácido + H2O + E-FMN a-cetoácido + NH4+ + E-FMNH2 D-aminoácido + H2O + E-FAD E-FADH2 + O2 D-aminoácido oxidasa E-FAD + H2O2 a-cetoácido + NH4+ + E-FADH2 2 H2O2 2 H2O + O2 Catalasa

Treonina deshidratasa Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS 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

Toxicidad del amoníaco Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Toxicidad del amoníaco Glutamato α-cetoglutarato Glutamato deshidrogenasa α-cetoglutarato Ciclo de Krebs ATP

Glutamato deshidrogenasa CICLO GLUCOSA-ALANINA Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS ¿Cómo el hace el organismo para evitar la hiperamonemia y transportar el amoníaco hasta los sitios de eliminación? Mayoría de los tejidos Hígado Músculo Glutamina sintetasa Glutamato UREA Glutaminasa Glutamato deshidrogenasa (GDH) GDH GPT Aminoácidos Piruvato Glucosa CICLO GLUCOSA-ALANINA Alanina Gluconeogenesis

(mitocondrias de hígado y riñón) Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Glutaminasa Extraído de Lehninger, 2008. L-Glutamina L-Glutamato Glutaminasa (mitocondrias de hígado y riñón) Molécula pequeña Sin carga Atóxica Difusible Soluble Elimina NH3 y CO2

Formas de excreción del nitrógeno en las diferentes especies animales Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Formas de excreción del nitrógeno en las diferentes especies animales Ion Amonio Urea Acido Urico Animales amonotélicos: mayoría de vertebrados acuáticos. Animales ureotélicos: muchos vertebrados terrestres y tiburones. Animales uricotélicos: pájaros y reptiles.

Ciclo de la Urea Citosol METABOLISMO DE AMINOACIDOS Química Biológica Mg2+ (+) N-acetilglutamato Mitocondria Citosol

REGULACION DEL CICLO DE LA UREA Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS REGULACION 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

GASTO ENERGETICO DEL CICLO DE LA UREA Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS 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

Interconexión del Ciclo de la Urea Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Interconexión del Ciclo de la Urea con el Ciclo de Krebs MDH GOT MDH Fumarasa

Catabolismo de aminoácidos Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS 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

DESTINO DEL ESQUELETO CARBONADO DE LOS AAs. Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS DESTINO DEL ESQUELETO CARBONADO DE LOS AAs. Según el destino que siga el esqueleto carbonado, luego de la separación del grupo amino, los aminoácidos se clasifican en: Cetogénicos: son precursores de cuerpos cetónicos a través de la formación de acetoacetato y acetil-CoA. Glucogénicos: son precursores de intermediarios de la gluconeogénesis aportando piruvato, oxalacetato, fumarato, succinilCoA o a-cetoglutarato. Glucogénicos y cetogénicos: parte de su molécula es cetogénica y parte es glucogénica.

Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Treonina

Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Treonina

METABOLISMO DE AMINOACIDOS Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Treonina Aldolasa Ser-HO-metil transferasa Serina deshidratasa PDH GPT Acetato ALDH FAD+ FADH2 Acetil-CoA Acetato tioquinasa CoA-SH + ATP ADP

Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Treonina

Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Treonina

Aspartato aminotransferasa Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Asparaginasa Aspartato aminotransferasa o GOT

Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Treonina

Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Cuerpos cetónicos Glucosa Ciclo de Krebs Treonina

METABOLISMO DE AMINOACIDOS Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS 4 etapas Fenilalanina hidroxilasa H4B O2 Transaminación Descarboxilación Oxidación Hidrólisis Tioquinasa

AMINOACIDOS COMO PRECURSORES EN LA BIOSINTESIS DE AMINAS BIOLOGICAS Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS 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 piridoxalfosfato (PLP) como coenzima

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

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

SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA

Tiramina y triptamina son sustancias vasoconstrictoras. Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS 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 alérgenas en los tejidos. Tiramina y triptamina son sustancias vasoconstrictoras. El Acido γ-aminobutírico (GABA) es un compuesto funcionalmente muy importante, ya que es un intermediario químico regulador de la actividad neuronal, actuando como inhibidor o depresor de la transmisión del impulso nervioso. 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 y la lipólisis en tejido adiposo.

Qué sucede con el metabolismo del N2 y aminoácidos en las plantas?? Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Qué sucede con el metabolismo del N2 y aminoácidos en las plantas??

Recordemos como funciona el Ciclo del N2 en la naturaleza…

Absorción del nitrógeno por las plantas NH4+ NO3- AAs N2 NO3- NH4+ AAs

N2 NH4+ Fijación del Nitrógeno en las plantas Nódulo radical: bacteria, u otro microorganismo en asociación simbiótica con raíz.

N2 NH4+ Fijación del Nitrógeno en las plantas NADH NADPH Nitrogenasa

Fijación del Nitrógeno en las plantas Oxidación de CH (Ej. Glu y Fru) Fijación del Nitrógeno en las plantas NADH NADPH Flavodoxina red. COMPLEJO NITROGENASA 16ADP + 16Pi Fe-Mo-Proteina reducida N2 +10H+ Ferredoxina reducida Fe-Proteina oxidada e- e- e- Fe-Proteina reducida 2 NH4+ + H2 Ferredoxina oxidada Fe-Mo-Proteina oxidada 16 ATP AMINOACIDOS PROTEINAS

Absorción del nitrógeno por las plantas NH4+ NO3- AAs N2 NO3- NH4+ AAs

La absorción de NO3- esta mediada por un mecanismo de simporte 2H+/NO3

Plantas que no pueden fijar N2 (mayoría de los cultivos excepto leguminosas) Fuentes importantes de nitrógeno: NO3- y NH4+ Citosol NAD(P)H + H+ NAD(P)+ Nitrato reductasa NO3- NO2- + H2O Nitrito reductasa LUZ Ferredoxina NO2- + 3H2O + 2H+ NH4+ + 2H2O + 1.5 O2 AMINOACIDOS PROTEINAS Cloroplastos o Protoplastidios

METABOLISMO DE AMINOACIDOS Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS PEP carboxilasa Aspartato aminotransferasa (PLP) Asparagina sintetasa Proteínas Clorofila Acs. Nucleicos Glutamina sintetasa Glutamato sintasa Ferredoxina red. (cloroplastos) NADH o NADPH (protoplastos) Glutamina y Asparagina son las amidas vegetales importantes para acumular nitrógeno, principalmente en órganos de almacenamiento.

Síntesis de aminoácidos Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Síntesis de aminoácidos (en plantas se sintetizan todos, Inclusive los esenciales) Via de las pentosas P Via de las pentosas P

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).