METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS 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.

AMINOACIDO Repasemos… Grupo carboxilo Grupo amino Carbono a Cadena (disociado) Grupo amino (protonado) Los Aa son compuestos que poseen un grupo ácido (carboxílico) y un grupo básico (amina) que están unidos al carbono alfa (en un ác. Orgánico el C alfa es el inmediato al grupo carboxilo). La cadena lateral R es diferente para cada uno de los 20 Aa. 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… Uniones peptídicas n H N C R O AA amino terminal AA carboxilo terminal H 2 N C R 1 O 3 Los Aa pueden establecer enlaces covalentes entre el grupo carboxilo de uno y el N del grupo alfa-amino del otro. Esta unión es de tipo amida y se produce con pérdida de agua. Polipéptido = polímero formado por más de diez aminoácidos

AMINOACIDOS Repasemos… Aminoácidos No esenciales (10) Aminoácidos Esenciales ó Indispensables (8-10) Sintetizados por el organismo No son sintetizados por el organismo Deben ser incorporados con la dieta Mantienen 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** Los Aa No Esenciales no deben ser suministrados obligatoriamente con la dieta. Sin embargo la presencia de Aa No esenciales en la dieta disminuye los requerimientos de los Aa esenciales, ya que si éstos no se proveen deben sintetizarse desde los Esenciales. ** En humanos, Histidina es esencial en niños y Arginina es parcialmente esencial.

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 neurotransmisores, etc. LOS AMINOÁCIDOS NO SE ALMACENAN EN EL ORGANISMO Pueden utilizarse como fuente de energía, pero es una función secundaria (10% de las necesidades) Esta función la cubren antes y con ventajas los Carbohidratos y las Grasas (90%)

METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS ORIGEN Exógeno: Dieta - Absorción en intestino Degradación de proteínas endógenas -Acción de Proteasas de lisosomas Síntesis de aminoácidos (Principalmente en hígado) Balance Nitrogenado UTILIZACIÓN 1°)Síntesis de proteínas 2°) Síntesis de compuestos nitrogenados no proteicos 3°)Degradación con producción de Energía (ayuno prolongado, diabetes no tratada) AMINOACIDOS (fondo metabólico común) Los AA no se almacenan, sus niveles dependen del equilibrio entre síntesis y degradación de prot. Corporales = Balance Nitrogenado

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 (Ej: carnes, pescado, leche, huevo) (Excepción: gelatina, derivada del colágeno, que no contiene Triptofano) Las proteínas animales: son de mejor calidad que las de origen vegetal. (Excepción: proteínas de la soja)

Malnutrición proteica Kwashiorkor Marasmo

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 Proteínas Alergénicas

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?   ¿En dónde ocurre la digestión de las proteínas?   Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap

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

¿Como actúa la Enzima pepsina? ES UNA ENDOPEPTIDASA HIDROLIZA UNIONES PEPTÍDICAS ACTUA SOBRE GRUPOS AMINOS DE Aa AROMÁTICOS PRODUCE POLIPÉPDIDOS (alto PM)

Del páncreas al duodeno ¿Cómo interviene la SECRECIÓN PANCREÁTICA en la Digestión de Proteínas? Secretina (Hormona) pH bajo (1,5-2,5) HCO3- Del páncreas al duodeno pH (7,5) Colecistoquinina (Hormona) Aminoácidos Enzimas pancreáticas

Procarboxipeptidasas Digestión de Proteínas 2) En Duodeno e Intestino – Enzimas pancreáticas Tripsinógeno Enteroquinasa (intestinal) INACTIVOS INACTIVOS 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 las proteasas pancreáticas ? Tripsina (endopeptidasa) : grupos carbonilo de lisina y arginina Quimotripsina (endopeptidasa) grupos carboxilo de fenilalanina, tirosina, triptofano Las carboxipeptidasas (exopeptidasas) eliminan restos carboxilos terminales.

Resumiendo… Guía de TP- Pág. 74-Fig 7.1 - Esquema del proceso de activación zimógenos. Feduchi, Bioquímica. Conceptos esenciales, Editorial Panamericana, 1° Edición, 2010. Reimpresión año 2011

Principales enzimas digestivas de las Proteínas Resumiendo… Principales enzimas digestivas de las Proteínas FEDUCHI y col. “Bioquímica-Conceptos esenciales”-Ed. Panamericana, 1ª edic. 2010)

ABSORCIÓN DE LOS AMINOACIDOS SISTEMAS DE TRANSPORTE Aminoácidos neutros pequeños: Alanina,serina Aa. neutros y aromáticos grandes: isoleucina,tirosina Aminoácidos básicos: Arginina Aminoácidos ácidos: Glutamato Iminoácidos: Prolina Transporte Mediado Activo (dependiente de Na+) 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) PPL: 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 PPL Glutámico pirúvico transaminasa (GPT) ALT ó GPT 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) PPL Glutámico oxalacético transaminasa (GOT) AST ó GOT Localización >> mitocondrial y < citoplasmática. Particularmente abundante en hígado y corazón. Importante en la clínica.

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 PPL Serina deshidratasa H2O C O - H 3 Piruvato + NH4+ Treonina C O - H 2 CH3 α-cetobutirato + NH4+ PPL Treonina deshidratasa H2O

Bibliografia 1- BLANCO A., BLANCO G., “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).