BOLILLA 8: Metabolismo de Aminoácidos. Digestión y absorción de Proteínas. Catabolismo de aminoácidos. Transaminación. Desaminación oxidativa y no oxidativa.

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1 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. Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

2 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Metabolismo de aminoácidos Proteínas intracelulares Proteínas dietariasAminoácidos Esqueleto carbonadoNH 4 + Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y aminas biológicas Carbamil fosfato α-cetoacidos CICLO DE LA UREA CICLO DE KREBS Interconexión Aspartato- arginino succinato CO 2 + H 2 O + ATP Oxalacetato UREA (producto de excreción del nitrógeno) Glucosa (gluconeogénesis) Catabolismo del nitrógeno de aminoácidos

3 GDH TRANSDESAMINACION TRANSAMINACIONDESAMINACION OXIDATIVA Aminoácido  cetoglutarato Glutamato  cetoácido NADH + H + NAD + NH 4 + + Transaminasa

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

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

6 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Desaminación oxidativa por aminoácido oxidasas peroxisomales D-aminoácido + H 2 O + E-FAD E-FADH 2 + O 2 D-aminoácido oxidasa E-FAD + H 2 O 2  -cetoácido + NH 4 + + E-FADH 2 L-aminoácido oxidasa E-FMNH 2 + O 2 E-FMN + H 2 O 2 L-aminoácido + H 2 O + E-FMN  -cetoácido + NH 4 + + E-FMNH 2 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 Catalasa

7 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Desaminación no oxidativa Serina COO - C CH 3 O Piruvato + NH 4 + PLP Serina deshidratasa H2OH2OH2OH2O Treonina PLP Treonina deshidratasa H2OH2OH2OH2O COO - C CH 2 CH 3 O α-cetobutirato + NH 4 +

8 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Toxicidad del amoníaco Glutamatoα-cetoglutarato Glutamato deshidrogenasa α-cetoglutarato Ciclo de KrebsATP (+) ADP y GDP (-) ATP y GTP

9 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 HígadoMúsculo Glutamina sintetasa Glutamina Glutamato Glutamina UREA Glutaminasa Glutamato deshidrogenasa (GDH) GDH GPT Aminoácidos Piruvato Glucosa CICLO GLUCOSA- ALANINA Alanina Gluconeogenesis

10 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. En el hombre: Urea  compuesto no tóxico y muy soluble. A nivel renal parte del amoníaco se excreta como ión amonio siendo muy importante este mecanismo para el mantenimiento del equilibrio ácido-base.

11 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 NH 3 y CO 2

12 Mg 2+ Mitocondria Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Ciclo de la Urea (+) N-acetilglutamato Citosol

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

15 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 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

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

17 Existen defectos genéticos en diferentes enzimas del ciclo de la Urea que llevan a una incapacidad para convertir amoníaco en urea  Hiperamoniemias, Citrulinemia, Argininemia y otras. Los pacientes que tienen esta patología no pueden tolerar dietas ricas en proteínas. En estos casos para suplementar los aminoácidos esenciales se incluyen en la dieta los  -cetoácidos análogos que constituyen la parte esencial de estos aminoácidos. Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

18 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Catabolismo de aminoácidos Proteínas intracelulares Proteínas dietariasAminoácidos Esqueleto carbonadoNH 4 + Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y aminas biológicas Carbamil fosfato α-cetoacidos CICLO DE LA UREA CICLO DE KREBS Interconexión Aspartato- arginino succinato CO 2 + H 2 O + ATP Oxalacetato UREA (producto de excreción del nitrógeno) Glucosa (gluconeogénesis) Catabolismo del nitrógeno de aminoácidos

19 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: CetogénicosCetogénicos: son precursores de cuerpos cetónicos a través de la formación de acetoacetato y acetil- CoA. GlucogénicosGlucogénicos: son precursores de intermediarios de la gluconeogénesis aportando piruvato, oxalacetato, fumarato, succinilCoA o  cetoglutarato. Glucogénicos y cetogénicosGlucogénicos y cetogénicos: parte de su molécula es cetogénica y parte es glucogénica. Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

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

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

22 TreoninaAldolasa Ser-HO-metiltransferasa Serinadeshidratasa PDH GPT GPT Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS AcetatoALDH FAD + FADH 2 Acetil-CoA Acetatotioquinasa CoA-SH + ATP ADP

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

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

25 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Asparaginasa Aspartato aminotransferasa o GOT

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

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

28 4 etapas Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Fenilalaninahidroxilasa H4BO2H4BO2 Transaminación Descarboxilación Oxidación Hidrólisis Tioquinasa

29 MAO= Monoamino oxidasa- COMT= catecol-O-metil transferasa

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31 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 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

32 Descarboxilación de aminoácidos Microorganismos del intestino y ciertas bacterias presentes en productos de fermentación, poseen enzimas que catalizan la descarboxilación de aminoácidos. Estas reacciones dan lugar a la formación de POLIAMINAS con gran actividad fisiológica denominadas en general “AMINAS BIÓGENAS”. Este tipo de proceso forma parte de la putrefacción de proteínas por acción de enzimas bacterianas. Por ejemplo a partir de lisina se obtiene cadaverina y a partir de ornitina se obtiene putrescina. Estos compuestos sirven de marcadores para medir la calidad de la carne y de su estado de conservación. En tejidos animales también existen enzimas que catalizan este tipo de reacciones y las aminas biógenas formadas por este mecanismo son sustancias de importancia funcional. Por ej.: histamina, serotonina, triptamina y dopamina.

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

34 SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Histidina Histamina CO 2 Tiramina Triptamina Glutamato GABA Triptofano Tirosina Descarboxilasa (PLP)

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

36 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. Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

37 REACCION DE BIOSINTESIS DE OXIDO NITRICO NOS NO: (+) Guanilciclasa GMPc: Vasodilatación NO: Molécula señalizadora 5 segundos de vida media Radical Libre  factor de relajación vascular y en macrófagos destruye microorganismos.

38 REACCION DE SINTESIS DE CREATINA FOSFATO Arginina Ornitina Glicina Creatina Creatina quinasa Guanidinoacetato S-Adenosil metionina (SAM) S-Adenosin homocisteína Creatina fosfato Producida en el hígado y almacenada en la fibra muscular. Es la combinación de 3 aminoácidos: glicina, arginina y metionina. Esta combinación es una reserva energética de ATP en músculo.

39 La creatinafosfato es un compuesto inestable  se cicla espontánea e irreversiblemente para formar creatinina y fosfato libre Creatinina se elimina por orina  la cantidad excretada en 24h es relativamente constante en cada individuo y está relacionada con la masa muscular. Valor de referencia de funcionamiento renal.

40 BIOSINTESIS DE AMINOACIDOS Los mamíferos sintetizan los aminoácidos no esenciales. El esqueleto carbonado de la mayoría de los aminoácidos proceden de: Glicerato-3-fosfato, piruvato,  -cetoglutarato ó oxalacetato. Varios aminoácidos se obtienen por reacciones de transaminación. En varias reacciones de síntesis, se utilizan como dadores de equivalentes de reducción NADPH ó NADH y como dadores de carbono derivados de Folato ó SAM. Se gasta energía metabólica del ATP

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42 Qué sucede con el metabolismo del N 2 y aminoácidos en las plantas?? Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

43 Recordemos como funciona el Ciclo del N 2 en la naturaleza…

44 N2N2 N2N2 N2N2 NH 4 + AAs NO 3 - Absorción del nitrógeno por las plantas N2N2 N2N2 N2N2 N2N2 NH 4 + NO 3 - AAs NH 4 + AAs

45 Fijación del Nitrógeno en las plantas N2N2 NH 4 + Nódulo radical Nódulo radical: bacteria, u otro microorganismo en asociación simbiótica con raíz.

46 NH 4 + Fijación del Nitrógeno en las plantas Nitrogenasa N2N2 NH 4 + NADH NADPH

47 Oxidación de CH (Ej. Glu y Fru) NADH NADPH Ferredoxina reducida Ferredoxina oxidada Fe-Proteina oxidada Fe-Proteina reducida Fe-Mo-Proteina reducida Fe-Mo-Proteina oxidada 16 ATP 16ADP + 16Pi N 2 +10H + 2 NH 4 + + H 2 COMPLEJO NITROGENASA AMINOACIDOS PROTEINAS Fijación del Nitrógeno en las plantas Flavodoxina red. e-e- e-e- e-e-

48 N2N2 N2N2 N2N2 NH 4 + AAs NO 3 - Absorción del nitrógeno por las plantas N2N2 N2N2 N2N2 N2N2 NH 4 + NO 3 - AAs NH 4 + AAs

49 La absorción de NO 3 - esta mediada por un mecanismo de simporte 2H + /NO 3

50 Plantas que no pueden fijar N2 (mayoría de los cultivos excepto leguminosas) Fuentes importantes de nitrógeno: NO 3 - y NH 4 + NO 3 - NO 2 - + H 2 O NAD(P)H + H + NAD(P) + Nitrato reductasa NO 2 - + 3H 2 O + 2H + Nitrito reductasa LUZ Ferredoxina NH 4 + + 2H 2 O + 1.5 O 2 AMINOACIDOS PROTEINAS Citosol Cloroplastos o Protoplastidios

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

52 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS FACTORES Y MECANISMOS DE DETERIORO DE LOS ALIMENTOS  Pardeamiento no enzimático  Actividad de enzimas naturales  Oxidación de lípidos  Reacciones de hidrólisis  Crecimiento y actividad microbiana  Temperatura, luz, O2, pH, humedad, etc.  Insectos, parásitos y roedores En general operan en forma simultánea o sucesiva

53 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS PARDEAMIENTO NO ENZIMÁTICO Es un conjunto de reacciones muy complejas que conducen, en diversos alimentos, a la formación de pigmentos pardos y negros (melanoidinas) y a modificaciones favorables o no del olor y sabor.

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64 Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS Bibliografía 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).