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1TEMA 25
Tema 25. Panorámica general del metabolismo de los aminoácidos.
Panorámica general del metabolismo de los aminoácidos. Origen de los aminoácidoscorporales. Aminoácidos esenciales. Enzimas proteolíticas digestivas. Absorción deaminoácidos. Transportadores de aminoácidos y ciclo del gamma-glutamilo. Ladegradación de proteínas corporales como fuente de aminoácidos. Proteasaslisosomales y citoplasmáticas. Señales para la degradación de proteínas.Ubiquitilación. Proteosoma. Regulación de la degradación de las proteínasmusculares. Enfermedades del transporte de aminoácidos.
BIOQUÍMICA-1º de Medicina Departamento de Biología Molecular
Javier León
2TEMA 25
N2atmosférico
Proteínas animales
DIETA HUMANA
Incorporación de nitrógeno
Prots. vegetalesDieta de hervíboros
Bacteria
s fija
doras
de N
AA en intestino
AA en sangre
AA en células
Proteínas celulares
TRADUCCIÓN
DIGESTIÓN
ABSORCION
TRANSPORTE AL CITOPLASMA
3TEMA 25
Origen de los aminoácidos de la célula
• Proteínas de la dieta– Proteasas del tubo digestivo.
– Sistemas de transporte de aminoácidos• Co-transportadores específicos
• Ciclo del γ- glutamilo
• Degradación de proteínas celulares– Proteasas celulares
• Lisosomales
• Citosólicas
• Proteosoma
• Biosíntesis a partir de precursores– Solamente sintetizamos aminoácidos “no esenciales”.
4TEMA 25
No podemos sintetizar y por tanto debemos ingerir en la dieta 9 aminoácidos = “Aminoácidos esenciales” (en adultos bien alimentados)
“Lehninger Principios deBioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L.y Cox, M.M. Omega. 2006.
Buscad los nombres de los
aminoácidos
5TEMA 25
Aminoácidos esenciales
Aromáticos: Fenilalanina, Triptófano
Alifáticos ramificados: Valina, Leucina, Isoleucina
Con azufre: Metionina
Alcohol: Treonina
Básicos: Histidina, Lisina
“Esenciales condicionales”:Arginina, Glutamina, Cisteina, Glicina, Prolina, Tirosina
6TEMA 25
Proteínas de la dieta(Req. 50-60 g/día para 70 Kg peso, ~0,8 g/Kg)
El pool de aminoácidos está en equilibrio con las proteínas tisulares
DEGRADACIÓN DE PROTS.
YEXCRECIÓN DE AA
EXCESO DEPROTS. DIETA
Pool de aminoácidos
~ 100 g
Proteínas tisulares
SINTESIS~ 300 g/d
DEGRADACIÓN~ 300 g/d
Otras rutasbiosintéticas:bases, hormonas, neurotransmisores, etc
DEGRADACIÓNY
EXCRECIÓN
Urea en orina~ 30-40 g /día
Moléculas del cicloKrebs y acetil-CoA
7TEMA 25
Zimógenos-Tripsinógeno (autoactivación)- Quimotripsinógeno- Proelastasa- Procarboxipeptidasas- Profosfolipasa A2
Célula de la mucosa intestinal
Tripsinógeno
Proteasas activadas
Enteropeptidasa Tripsina
• Las cascadas de activación de pro-enzimas por proteolisis específica apareceen otros procesos biológicos: …..………. , ……………,
El “truco” para no autodigerirnos:
Pro-proteasa inactiva (zimógeno)
Fragmento peptídico
Proteasa activa
Las proteasas digestivas se activan por proteolisis
Ruptura específica
8TEMA 25
ESTÓMAGO
HCl
PepsinógenoH+
Pepsina
PANCREAS
HCO3-
TripsinógenoEnteropeptidasa
Tripsina
Quimotripsinógeno QuimotripsinaTripsina
Proelastasa Tripsina Elastasa
Procarboxipeptidasas A, B Carboxipeptidasas A, B*Tripsina
MUCOSA INTESTINAL Aminopeptidasas*
*Exoproteasas
Enteropeptidasa (membrana celular)
Prolipasa
Lipasa
Principales enzimas proteolíticos del tubo digestivo
9TEMA 25
Especificidad de aminoácido Ejemplos
Aminoácidos neutros de pequeño tamaño Ala , Ser, ThrAminoácidos neutros y aromáticos grandes* Ile, Leu, Val, Tyr Trp, PheAminoácidos básicos* Arg, Lys, Ornitina, CistinaGlicina y prolina Pro, Gly, HidroxiprolinaAminoácidos ácidos Asp, Glu
Transporte de aminoácidos:a) Co-transportadores aminoácido-sodio
Siete sistemas de co-transporte de AA-Na (también en otros tejidos)
VENA PORTATransportefacilitado
Cotransporte de dipeptidos-H+
Na+AA
Na+
3 Na+
2 K+K+
ATP
AA Bomba Na-K
Dipeptidos H+
- “Bioquímica básica de Marks. Un enfoque clínico”. Smith C., Marks A.D. y Lieberman. 2006.
*Relacionados con enfermedades hereditarias frecuentes
10TEMA 25
Transporte de aminoácidos:b) Ciclo del γ-glutamilo
γ-glutamil-aminoácido
Cys-Gly
5-oxo-prolina
Aminoácido(intracelular)
Cys ATP
ADP+ Pi
Glutamato
GlyADP+Pi
ATP ATPADP+ Pi
Membrana deIntestino, riñón, hígado
γ-glutamil transpeptidasa
Glutatión(GSH)
Aminoácido(exterior)
Buscad la estructura
11TEMA 25
SERIN-PROTEASAS- Tripsina- Quimotripssina- Elastasa- Trombina- Plasmina- Activdor del plasminógeno tisular (tPA)- Subtilisina
CISTEIN-PROTEASAS- Caspasas- Catepsina B- Calpainas- Papaina
METALOPROTEASAS- Carboxipeptidasa A y B- Aminoppetidasas- Metaloproteasas de matriz- Termolisina
ASPARTIL-PROTEASAS- Pepsina- Renina- Catepsina D- Proteasa HIV
Cuatro tipos de proteasas(según su mecanismo de proteolisis)
SERIN-PROTEASAS
SustratoCISTEIN-PROTEASAS ASPARTIL-PROTEASAS METALO-PROTEASAS
12TEMA 25
PROTEASAS
Proteasas digestivas: la mayoría serin-proteasas
Proteasas de la matriz extracelular: la mayoría metaloproteasas
Proteasas celulares
Proteasas del lisosoma: Catepsinas
Proteasas citosólicas: Caspasas, Calpaínas
Proteosoma
PROTEASAS
13TEMA 25
Nombre Peso molecular pH óptimo Características
Catepsina B 25.000 5 Endopeptidasa(Cisteín proteasa) o carboxipeptidasa
Catepsina L 24.000 5 Endopeptidasa(cisteín proteasa) (pref residuos hidrofóbicos)
Catepsina H 28.000 5 Endopeptidasa o aminopeptidasa(Cisteín proteasa)
Catepsina D 42.000 3,5 Similar a la Pepsina(aspartil proteasa)
Principales proteasas lisosomales (Catepsinas)
14TEMA 25
PROTEASAS
Proteasas digestivas: la mayoría serin-proteasas
Proteasas de la matriz extracelular: la mayoría metaloproteasas
Proteasas celulares
Proteasas del lisosoma: Catepsinas
Proteasas citosólicas: Caspasas, Calpaínas
Proteosoma: proteolisis dependiente de ubiquitilacion
PROTEASAS
15TEMA 25
1) La vida media de las proteínas es muy variable2) Su estabilidad está regulada3) Hay secuencias de AA que son señales específicas de degradación
en proteasoma
Señales que inducen la unión covalkente de Ubiquitina (Ubq) en el N de la cadena lateral de una varias Lys de la proteinas
Las proteínas “marcadas” con Ubq y su degradación en el proteasoma
16TEMA 25
Premios Nobel de Química de 2004
Aaron Ciechanover(Israel Institute of Technology)
Avram Hershko(Israel Instituteof Technology)
Irwin Rose(University of California,,Irvine)
"for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation"
Ubiquitina: • Proteina de 76 AA muy conservada en eucariotas• La unión de cadenas cortas de varias Ubq (al menos 4) al ε-N de cadenas de Lys de una proteína la marca para su proteolisis en proteosomas
17TEMA 25
“Biochemistry”. 5ª ed. Berg, J., Tymoczko, J. Stryer, L.
48
Lys de proteina a degradar
Ubq
Ubq
18TEMA 25
Ultraestructura del proteasoma
Estudiado en
Biologia Celular
(“Biochemistry”. Berg, J., Tymoczko, J. Stryer, L. Ed. W.H. Freeman. 2003)
Tapa
Tapa
Proteosoma 26S
19TEMA 25
-Lys-Ubq-Ubq-Ubq-Ubq
-Lys-Ubq-Ubq-Ubq
Hepta/octo/nona-péptidos
Ubq
PROTEOSOMA
• El proteasoma es un gran complejo citoplásmico (26S) encargado de degradar proteínas-Ubq• Tiene al menos dos copias de 36 subunidades (=64)• Requiere ATP (seis subunidades son ATPasas)• Produce péptidos cortos• Hay unos 30.000 proteosomas en la célula, tanto en núcleo como citosol
Lehninger 4ª, cap. 27
Bioquímica del proteasoma
20TEMA 25
E2: Proteína transportadora de Ubiquitina.
E1 SUbiquitina
CO
E2 SH+ E1 SH + E2 SUbiquitina
CO
Ubiquitilación de proteínas
Ubiquitina CO
O-+ ATP E1 S UbiquitinaC
O
AMP + PPi
E1: enzima activador de Ubiquitina
Glicina C-terminal Enlace tio-ester
E1 SH
E3: Ubiquitina ligasa (complejos de 4-6 subs)
PROTEINA+ PROTEINA
E2 S
Ubiquitina
CO
+PROTEINA
UbiquitinaUbiquitina
Ubiquitina
E3 E3
21TEMA 25
Conjugación de ubiquitina para degradar proteínas
Péptidos de 7-9 AA
(www.nobelprize.org)
E1: Enzima activadora de UbqE2: Proteína transportadora de Ubq: unos 30 E3: Ubq ligasa específica de proteína(s):Hay unos 100 complejos E3. en humanos
La Ubiquitina se recicla
22TEMA 25
Señalización específica de ubiquitilación/degradación
1. Secuencias PEST (12-60 AA, ricas en Pro, Glu, Ser, Thr)
2. Residuos aminoterminales (Arg, Lys, His, Phe, Leu)
3. “Degrones”: secuencias en la proteinas de las que depende su degradación
- “Lehninger Principios de Bioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L. y Cox, M.M. Ed. Omega. 2006.
23TEMA 25
ciclina Aciclina Eciclina B
Niv
eles
de c
iclin
a
G0 G1 S G2 M
La degradación de cliclinas a lo largo del ciclo celular
Degrón
24TEMA 25
Balance nitrogenado positivo:Se ingiere más N que el que se excreta (crecimiento infantil, embarazo, convalescencia)
Balance nitrogenado negativo: Se ingiere menos N que el que se excreta (malnutrición proteica, caquexia oncológica)
Balance nitrogenado
25TEMA 25
Kwashiorkor
•Enfermedad generada por una dieta con aporte normal de calorías pero pobre en proteínas.
Síntomas:Retraso en el crecimiento, pérdida de la masa muscular y de peso, inflamación generalizada (edema), disminución de la inmunidad, dermatitis y cambios de pigmentación en la piel, debilitamiento del cabello, bajo coeficiente de inteligencia
Marasmo
Dieta con insuficiencia severa tanto en calorías como en proteínas,
Desnutrición proteica
26TEMA 25
Inhibidores de proteasas como anti-retrovirales
"Biochemistry". 3ª ed. Garret, R.M. and Grisham,
Busca el enlace
peptídico
27TEMA 25
Inhibidores de proteasas como antitumorales
Borzetomib (Velcade
28TEMA 25
PROTEOLISIS
TUMOR
METASTASIS
Inhibidores de MMPs:TIMP-1TIMP-2
Inhibidores de proteasas como antitumorales
MMPs:ColagenasasEstromalisisnasGelatinasas
Otras proteasas:Activ. plasminógenoPSA
29TEMA 25
Se cree que Julio Cesar padecía la enfermedad de
Hartnup
Enfermedades del transporte de AA a la célula
Enfermedad de Hartnup
• Autosómica recesiva rara, pero la mas frecuente aminoacidopatía junto con fenilcetonuria (6-7/100.000)
• Defecto un gen del transportador de AA neutros y aromáticos (Val, Leu, Ile, Tyr, Trp, Phe) que se expresan en células intestinales y epiteliales de riñón.
• Se detectó en los años 50 en una familia (los Hartnup) en la que varias personas presentaban un síndrome semejante al de la pelagra (ausencia de nicotinamida).
• Estos AA (algunos esenciales) no son absorbidos en el intestino ni re-absorbidos desde el filtrado glomerular a la sangre. Uno de los AA no transportados es el Trp, que es precursor de la nicotinamida
• Se trata con administración de niacina (vitamina B3) , que elimina los síntomas de pelagra pero no desaparece la amioaciduria
30TEMA 25
Cistinuria• Enfermedd autosómica recesiva, ~5/100.000• Cistina: Cys-Cys• Defecto en un gen del transportador de cistina y aminoácidos di básicos Lys, Arg, Orn. De ellos sólo la Lys es esencial. •El problema más serio es la formación de cálculos renales de cristales de cistina, que es un aminoácido relativamente insoluble. • Se trata bebiendo mucha agua y a veces con bicarbonato sódico para alcalinizar la orina (la Cistina es más soluble en medio alcalino).
Enfermedades del transporte de AA a la célula
¿Qué tienen en comun estos cuatro AA??
“Piedras” de cistina en orina de cistinúricos
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