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Prof.ZulayCastillo
Universidad de Oriente
Núcleo Bolívar
Escuela de Ciencias de la Salud
Bioquímica Médica
UNIDAD VIIIMETABOLISMO DE AMINOACIDOS
GENERALIDADES
El nitrógeno presente en la biosfera como
nitrato (NO3-) ó dinitrógeno (N2), debe ser
reducido a amonio (NH4+) para su
incorporación a las proteínas.
El hombre adquiere mayoritariamente el
nitrógeno de las proteínas de la dieta.
ORIGEN DEL NITRÓGENO
DIGESTIÓN DE LAS PROTEÍNAS
Proteínas(dieta)
Enzimas
Hidrolíticas
AbsorciónIntestinal
AA(sangre)
AA(tejidos)
Aminoácidos
Sin modificación
Transformación
Degradación
Las proteínas se digieren mediante la acción de proteasas que
hidrolizan los enlaces peptídicos, previa desnaturalización por el ácido del
estómago y calor de la cocción.
Los aminoácidos, dipéptidos y oligopéptidos se absorben en el
intestino delgado
Las proteínas ingeridas
se emplean para:
Síntesis de compuestos nitrogenados
purinas, pirimidinas, grupos hemo, etc.
Fuente de energía durante el ayuno,
directamente, ingresando al ciclo de Krebs e
indirectamente, convirtiéndose en glucosa.
Síntesis de triacilgliceroles
Síntesis de nuevas proteínas. Enzimas,
proteínas musculares, proteínas plasmáticas,
etc. LAS PROTEÍNAS ESTÁN EN CONTINUO
RECAMBIO.
No Esenciales
Alanina
AsparaginaAspartato
Cisteína**
GlutamatoGlutamina
Glicina
ProlinaSerina
Tirosina**
Se pueden sintetizar a
partir deintermediariosmetabólicos
Esenciales
Arginina*
Histidina*
Isoleucina
Leucina
LisinaMetionina
Fenilalanina
TreoninaTriptofano
Valina.
No pueden ser
sintetizados y deben
estar presentes en ladieta.
METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
* En niños ** En adultos con requerimientos especiales
METABOLISMO DEL NITRÓGENO
El nitrógeno no tiene lugar de almacenamiento especial
en el organismo
En adultos, respecto a las proteínas, cuando ocurre: Síntesis ≈
Degradación, se dice que se mantiene el balance nitrogenado.
Cuando la Síntesis > Degradación, se dice que hay un balance de
nitrógeno positivo. Esto es característico de niños, adultos en recuperaión de
enfermedades o mujeres embarazadas. HAY SÍNTESIS NETA DE
PROTEÍNAS.
Cuando Síntesis < Degradación, estamos en presencia de un
balance de nitrógeno negativo. Ocurre especialmente cuando hay deficiencia
de aminoácidos esenciales o en el ayuno.
METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
Los aminoácidos cumplen diferentes funciones
en el metabolismo, no solo actúan como componentes
principales de las proteínas, también representan una
fuente de energía y precursores de otros productos
metabólicos.
Ya que el amonio (NH4+) no tiene lugar donde
acumularse, debe ser retirado del organismo en forma
de urea, para ello debe ocurrir la desaminación de los
aminoácidos.
Piridoxal fosfato: Desplaza determinados electrones de los
enlaces del carbono α dando como resultado la transaminación,
desaminación, descarboxilación, entre otras reacciones.
Tetrahidrofolato (FH4): es usado en determinadas rutas de los
aminoácidos para aceptar o donar grupos monocarbonados.
Tetrahidrobiopterina: cofactor requerido en las reacciones de
hidroxilación de anillos (fenilalanina y tirosina)
COFACTORES EN EL METABOLISMO
DE AMINOÁCIDOS
METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
El inicio de la degradación de un aminoácido se lleva a cabo
con la eliminación de amonio. Ese movimiento de amonio para ser
eliminado en forma de urea puede ocurrir por dos procesos
principales:
Transaminación. Redistribución del amonio (mas común)
Desaminación oxidativa. Eliminación total
Seguido a la eliminación del amonio, viene la transformación de
esqueletos carbonados que resultan de la remoción del amonio.
TRANSAMINACIÓN
Donación libremente reversible de un grupo amino alfa de
un aminoácido al grupo ceto alfa de un alfa-cetoácido,
acompañado de la formación de un nuevo aminoácido y un
nuevo alfa-cetoácido.
Es una reacción reversible
Las enzimas catalizadoras (transaminasas ó
aminotranferasas) presentan isoenzimas con diferentes
localizaciones y utilizan piridoxal fosfato como coenzima
Todos los aminoácidos transaminan, con excepción de
Lisina y Treonina
TRANSAMINASAS ó AMINOTRANFERASAS
Glutamato-oxalacetato transaminasa (GOT) ó aspartato
aminotransferasa (AST). Está en el hígado, miocardio, riñón,
encéfalo y musculatura esquelética.
Glutamato-piruvato transaminasa (GPT) ó alanina
aminotransferasa (ALT). Está presente en concentraciones mucho
más elevadas en el hígado que en los demás tejidos.
La GOT cataliza la siguiente reacción:
Aspartato + α-Cetoglutarato ⇔ Oxalacetato + Glutamato
La GPT cataliza esta otra reacción:
Alanina + α-Cetoglutarato ⇔ Piruvato + Glutamato
Sustrato dador
Producto desaminado
Ácido aspártico
Oxalacetato
TRANSAMINACIÓN
Enzima - Piridoxal
Enzima - Piridoxamina
Enzima - Piridoxal
Enzima - Piridoxamina
Producto aminado
Sustrato aceptor
Glutamato
α-cetoglutarato
Hay diferentes afinidades por el sustrato inicial pero solo aceptan
oxalacetato o α-cetoglutarato como segundo sustrato.
Grupos amino convergen a solo 2 aminoácidos
TRANSAMINACIÓNAminoácidos dieta
Alanina del músculo
y
de
otrosGlutamina
músculotejidos
NH4+, urea
TRANSPORTADORES DE NH4+
Como producto de la transaminación se genera glutamato
que puede ser descarboxilado oxidativamente y que representa
uno de los principales transportes de amonio al hígado.
Otra vía de transporte del amonio es la glutamina
proveniente del músculo y otros tejidos, la cual se sintetiza con
intervención de glutamina sintetasa a partir de NH4+ + glutamato
con adición de energía en forma de ATP
Glutamato + NH4+ + ATP Glutamina+ ADP + Pi
Glutamina sintetasa
Mg2+
TRANSPORTE DE NH4+
DESAMINACIÓN OXIDATIVA
Reacción química que se caracteriza por la ruptura
de un grupo amino. El glutamato es desaminado
oxidativamente en la mitocondria por la glutamato
deshidrogenasa, la única enzima conocida que al menos en
algunos organismos, puede trabajar con NAD+ o NADP+
como coenzima redox.
Se piensa que la oxidación ocurre con la
transferencia de un ion hidruro del carbono a del glutamato
al NAD(P)+ formando a-iminoglutarato el cual es
hidrolizado a a-cetoglutarato y amonio.
+ +
+
DESAMINACIÓN OXIDATIVA
El - CG es el sustrato más frecuente en las reacciones de
transaminación Glutamato
La misma enzima cataliza la reacción inversa.
Esta reacción provee la mayor parte del NH3+ tisular.
Glutamato deshidrogenasa
GLUTAMINASAS
Otra forma en la que el
amonio viaja al hígado es como
glutamina, la cual es proveniente de
músculo y otros tejidos.
Esa glutamina con
Glutamato + NH4+
intervención de las glutaminasas es
convertida en glutamato y NH4+ que
sera destinado a la sínteis de urea.
Glutaminasa
Glutamina + H2O
UREOGÉNESIS
La urea es el principal compuesto nitrogenado de la orina en mamíferos
y es formada principalmente en el hígado promovida por tres aminoácidos:
ornitina, citrulina y arginina.
Las reacciones que ocurren se dan en este orden:
1) Formación de carbamoil fosfato a partir de NH4+ y HCO3- en la mitocondria con
inversión de dos moléculas de ATP catalizado por carbamoil fosfato sintetasa I
(este paso no es parte del ciclo)
2) Carbamoil fosfato se une al amino lateral de la ornitina para formar citrulina y
Pi catalizado por la ornitina transcarbamilasa en la mitocondria
UREOGÉNESIS
3) La citrulina sale al citoplasma donde se une el segundo átomo de
nitrógeno al ciclo. La enzima argininosuccinato sintetasa cataliza la unión
covalente del grupo amino del aspartato al grupo C=O de la citrulina
grupo que procede del carbamoil fosfato dando como producto
argininosuccinato.
4) El argininosuccinato se escinde por acción de la argininosuccinato
liasa en arginina y fumarato.
5) Por último la arginina es hidrolizada por la arginasa liberando urea y
regenerando la ornitina, la cual es transportada al interior mitocondrial
donde puede aceptar nuevo carbamoil fosfato para iniciar otro ciclo.
Argininosuccinato
sintetasa
Ornitina
Transcarbamilasa
Arginasa
Argininosuccinato
liasa
UREOGÉNESIS
Carbamoil fosfatosintetasaI
NH4++ HCO3- + 2 ATPsintetasa
Ornitina + Carbamil fosfato
Carbamil fosfato + 2 ADP + Pi + 2H+
Ornitina
transcarbamilasaCitrulina
Citrulina+ Aspartato
Argininosuccinatosintetasa
Argininosuccinato+ AMP + PPi + 2H+
Argininosuccinatoliasa
Arginasa
Argininosuccinato
Arginina
Arginina + Fumarato
Ornitina + Urea
UREOGÉNESIS
Carbamilfosfato
REGULACIÓN DE LA UREOGÉNESISExisten dos tipos de control:
1. A largo plazo, influida por el contenido de proteínas en la
dieta, de este modo las actividades enzimáticas disminuyen
mucho con una dieta pobre en proteínas reduciendo la
excreción de urea por la orina. Al aumentar la ingesta proteica
se incrementa la actividad enzimática y por ende la eliminación
de urea.
2. A corto plazo, ejercido sobre la carbamoil fosfato sintetasa I,
que es activada alostéricamente por glutamato dependiendo
de los niveles de arginina y glutamato.
↑[ Glutamato ] indican la necesidad de eliminar el exceso de
grupos amino de aminoácidos .
↑ [ arginina ] reflejan la existencia de intermediarios del ciclo
de la urea capaces de aceptar los grupos carbamilo generados
en la reacción de la carbamoil fosfato sintetasa I
UREOGÉNESIS Y CICLO DE KREBS
Bicicleta de Krebs
α-descarboxilasas Producto Función
Ornitinadescarboxilasa Putrescina Síntesisdepoliaminas
Lisinadescarboxilasa CadaverinaPoliaminas:proliferación
celular
Histidinadescarboxilasa Histamina Reaccionesalérgicas
Tirosinadescarboxilasa Tiramina Neurotransmisor
Descarboxilasasdeaminoácidosaromáticos
DOPA Dopamina Síntesisdecatecolaminas
Triptófano Triptamina Neurotransmisor
Otrasdescarboxilasas
Aspartatodescarboxilasa Β-alanina PrecursordecoenzimaA
Glutamatodescarboxilasa 4-aminobutirato Neurotransmisor
Cisteínasulfinatodescarboxilasa
Hipotaurina Síntesisdetaurina
OTRAS REACCIONES SOBRE AMINOÁCIDOS
La α-descarboxilación de aminoácidos da origen a diversos compuestos
aminados con importantes roles fisiológicos entre los que destacan
catecolaminas, histaminas, serotonina y poliaminas.
Aminoácido Amina
Tirosina
Dopamina
Norepinefrina
Epinefrina
Glutamatoγ-aminobutirato
(GABA)
Triptófano Serotonina
Histidina Histamina
Ornitina Poliaminas
AMINAS DE INTERÉS BIOMÉDICO
Todos los tejidos tienen cierta capacidad para síntesis y remodelación de
aminoácidos. El hígado es el sitio principal de metabolismo de los aminoácidos.
En tiempos de buena suplementación dietaria, el nitrógeno es eliminado vía
transaminación, desaminación y síntesis de urea. Los esqueletos carbonados
pueden conservarse como carbohidratos o como ácidos grasos.
Los aminoácidos pueden ser glucogénicos, cetogénicos o ambos.
Los glucogénicos son los que generan piruvato o intermediarios del ciclo de
Krebs. Los cetogénicos (Lys y Leu) generan sólo acetil-CoA o acetoacetil-CoA.
En períodos de ayuno, los esqueletos carbonados se utilizan como fuente de
energía, rindiendo CO2 y HO
DESTINO DE ESQUELETOS CARBONADOS
CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
Aminoácidos Intermediarioformado Clasificación
Ala,Ser,Cys,Gly
Trp PiruvatoGlucogénicospuros
Mixto
Glu,Gln,Pro,Arg,His. α-cetoglutarato Glucogénicospuros
Asp,Asn Oxalacetato Glucogénicospuros
Met,Val
Thr,Ile Succinil-CoAGlucogénicospuros
Mixtos
Phe,Tyr Fumarato Mixtos
Leu
Thr,Ile,Trp Acetil-CoACetogénicopuro
Mixto
Lis,Leu
Phe,Tyr,Trp
Acetoacetil-CoA Cetogénicospuros
Mixtos
CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
CATABOLISMO VÍA PIRUVATO
CATABOLISMO VÍA OXALACETATO
CATABOLISMO VÍA ALFA-CETOGLUTARATO
CATABOLISMO VÍA SUCCINIL-CoA
CATABOLISMO AMINOÁCIDOS
RAMIFICADOS
CATABOLISMO DE Phe
Fenilcetonuria
TirosinemiaII
Tirosinemia
III
Alcaptonuria
Tirosinemia
I
El glutamato se sintetiza a partir de su precursor alfa-cetoácido
con la enzima glutamato deshidrogenasa
SÍNTESIS DE GLUTAMATO
SÍNTESIS DE ASPARTATO
Tambien se sintetiza aspartato
por desaminación de la
asparagina con intervención deuna asparaginasa
El aspartato se sintetiza por transaminacion del oxalacetato
Glutamato + oxalacetato aspartato+alfa-cetoglutarato
SÍNTESIS DE ASPARAGINA Y GLUTAMINA
La asparganina sinteasa y la glutamina sinteasa Catalizan la producción de
Asparganina y Glutamina
Glutamato + NH4+ + ATP glutamina +ADP+P¡+H+
Glutamato + NH4+ + ATP asparganina +ADP+P¡+H+
SINTESIS DE ALANINA
La Alanina se sintetiza por transaminacióncon la enzima alanina transaminasa
Glutamato + Piruvato α-cetoglutarato +alanina
La concentración de alanina en la circulación es alta, más baja sólo que la de glutamina
Músculo esquelético: el piruvato de
la glucólisis se transforma enalanina a expensas de glutamato.
Hígado: se regenera el piruvato
para la gluconeogénesis y elamonio del glutamato puede ir alciclo de la urea.
CICLO DE LA GLUCOSA –ALANINA.
La alanina transaminasa participa en
el transporte de esqueletos
carbonados y nitrógeno del músculo
al hígado.
SINTESIS DE PROLINA La Prolina Se Sintetiza APartir Del Glutamato ConGlutamato SemialdehídoComo Intermediario
la prolina también se sintetiza a partir de arginina de la dieta.Primero, la arginina se transforma en ornitina vía arginasa
La enzima puede operar en dirección opuesta para
sintetizar ornitina y arginina a partir de prolina
SINTESIS DE SERINA
La Serina se sintetiza a
partir de 3-
fosfoglicerato.
Se oxida la función
alcohólica para formar un
alfa-cetoácido que se
transamina y desfosforila.
La Glicina se sintetiza a partir de Serina. La enzima utiliza
tetrahidrofolato y piridoxal fosfato
En el hígado de vertebrados la Glicina, también puede
sintetizarse a partir de dióxido de carbono y amonio, si bien
esta enzima opera fundamentalmente en el sentido de
degradación de Glicina.
Síntesis de CisteínaEl azufre para la cisteína proviene de la metionina y los carbonos de la
Serina.
En primer lugar, ocurre la síntesis de S-adenosil metionina, un
importante agente metilante.
Síntesis de tirosina
La tirosina se sintetiza a partir de la fenilalanina
Las deficiencias genéticas en la fenilalanina hidroxilasa llevan a la fenilcetonuria
Retardo mental
La acumulación de fenilalanina depleta de α-
cetoglutarato por transaminación
La deplección de α-cetoglutarato
compromete el ciclo de krebs y el
metabolismo aeróbico del cerebro
Se encuentra fenilpiruvato, fenilacetato y
fenillactato en la orina
Se debe suplementar la dieta con tirosina y
restringir la fenilalanina
Contiene fenilalanina
CONDICIÓN MÉDICAPROCESO CON
DEFECTOSENZIMA DEFICIENTE SINTOMAS Y EFECTOS
AlbinismoSíntesisdemelaninaa
partirdeTyr
Tyr-3-mono-oxigenasa
(Tirosinasa)
Perdidadepigmentación,cabello
blanco,pielrosada.
Alcaptonuria DegradacióndeTyrHomogentisato1,2
dioxigenasa
Orinadecoloroscuro,desarrollo
tardío,artritis.
Argininemia Síntesisdeurea Arginasa Retardomental
Acidemia
argininosuccinicaSíntesisdeurea Argininosuccinatoliasa Vómitosyconvulsiones
CPSIdeficiencia Síntesisdeurea CPSILetargo,convulsiones,muerte
temprana.
Homocistinuria DegradacióndeMet CistationinaβsintasaRetardomental,deficiente
desarrolloóseo
Enfermedaddelaorina
dejarabedearce
Degradaciónde:Ile,
LeuyVal.
ComplejoAa
ramificados-alfa-
cetoácido
deshidrogenasa
Vómitos,convulsiones,retardo
mental,muertetemprana.
Acidemiametilmalónica
Conversiónde
propionilCoAa
succinilCoA
MetilmalonilCoAmutasaVómitos,convulsiones,retardo
mental
FenilcetonuriaConversióndePheA
TyrFenil-alaninahidroxilasa Retardomental.Vómitos
DESÓRDENES EN EL CATABOLISMO DE
AMINOÁCIDOS
